Al2O3/金属多相材料研究进展(二)
3制备工艺
经过多年的研究，已经有多种工艺用来制备Al2O3/金属多相材料。常见的主要有：粉末冶金法、直接氧化法、液态金属注入法、原位复合法、3A法以及湿化学法等。下面分别予以阐述。
3.1粉末冶金法
粉末冶金法也称为压制烧结法，或混合压制烧结法，是广泛应用于制备特种陶瓷及某些玻璃陶瓷的简便方法。该方法操作相对简单，但该法最大的缺点是基体与第二相材料混合不均匀，以及在烧结过程中，由于基体发生体积收缩，会导致复合材料产生裂纹。
3.2金属直接氧化法[4]
金属直接氧化法，也称为Lanxide法。就是通过熔融金属与氧气反应，直接氧化成陶瓷基体相，剩余金属作为第二相。如Al2O3/Al陶瓷多相材料的制备。将铝放入到已经加热到一定温度的箱式炉中，保温一段时间，然后在空气中冷却，就得到所需的Al2O3/Al陶瓷基多相复合材料。也即发生如下反应：
Al（过量）+O2—→Al2O3+Al（剩余）
这种方法制得的复合材料克服了致密收缩问题，具有良好的机械强度和韧性性能，且不受形状和尺寸的限制，可以生产出接近净尺寸的产品。困难的是难以控制化学反应来获得定量的金属与基体的比例。
3.3 液态金属注入法[25]
所谓液态金属注入法就是预先将陶瓷基体烧结成多孔陶瓷，再将熔融金属以一定的压力条件下注入多孔陶瓷预制体中，然后再进行烧结。这种方法操作相对简便，但所得复合材料的气孔率较高，致密度相对较低。该法多用于梯度材料的制备。
3.4 原位复合法(或选择还原法)[9,26]
在陶瓷基复合材料制备时，利用化学反应生成增强组元来增强陶瓷基体的工艺过程称为原位复合法,也叫选择还原法。而在Al2O3/金属多相复合材料中，就是将Al2O3与金属氧化物混合，然后在一定的条件下，还原金属氧化物得到金属，同时加以烧结。相对金属与陶瓷粉体直接机械混合而言，这种方法可以比较好的控制第二相金属在基体中的分布。常见的有以下两种：
① 金属氧化物与Al2O3混合，在还原气气氛下（H2或CO）烧结，从而得到Al2O3/金属复合材料，即发生如下反应：
MxOy+H2—→M+ H2O
或 MxOy+CO—→M+CO2
如Al2O3/Ni，就可以采用H2/CO还原热压烧结法制得。
②金属氧化物、少量的Al2O3与金属铝混合，利用铝与金属氧化物发生置换反应，得到所需的金属与基体Al2O3，在一定条件下烧结得到陶瓷基复合材料。不过，这种反应必须严格控制热输入，如果升温速度过快，很容易使反应失控，导致实验的失败，少许Al2O3的加入就是为了减缓反应的速度。
3.5 3A（Alumina Aluminide Alloys）法[27]
3A法本质上与原位复合法相同，只不过它又有自己的特点，在此单独列出讨论。
3A法是一种比较新的制备Alumina Aluminide Alloys复合材料的无压热基反应烧结法。3A法有两种类型：Al2O3+M+Al；Al2O3+金属氧化物+Al。其基本的反应方程式为：
aAl+bMuOv—→cMxAly+ Al2O3
实际上包含两个反应，即铝与金属氧化物的铝热还原反应；还有过量的铝与所得金属反应生成Aluminide Alloys的反应。3A法具有很多的优点。首先，其设备简单，能耗低，处理时间短，产品的纯度高；其次，该工艺可以利用丰富廉价的金属氧化物为原料，可以降低成本。另外，由于是原位生成，也有利于第二相金属粒子在基体中的均匀分布。其缺点是，由于是热基反应，所以，反应过程不好控制。目前，已利用3A法制备了多种Al2O3/金属间化合物多相复合材料，如Al2O3/FeAl、Al2O3/NiAl、Al2O3/MoAl、Al2O3/TiAl、Al2O3/ZrAl等。在资料[27]中讨论了其动力学模型，利用该模型可以对反应后的产物及第二相的体积含量、进行预测。
3.6 湿化学法
所谓湿化学法就是通过溶液化学反应的方法，来制备Al2O3/M多相材料。湿化学法制备的复合粉体粒度均匀细小，烧结以后金属在基体中的分布相对也比较均匀，湿化学法也是制备纳米复合材料首选的方法。常见的湿化学法有：Sol-gel法[28]、共沉淀法[29]、（非）均相沉淀法[30]、螯合物沉淀法[31]、化学镀法[32]、涂层法[33]等等。
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