Al2O3/金属多相材料研究进展（三）
4显微结构研究
一般来讲，结构决定性能，所以显微结构是材料研究的最重要的一个方面。对Al2O3/M而言,主要是金属粒子的分布和界面结构两方面。
4.1第二相金属的分布
金属粒子在基体中的分布大体有以下两种类型：晶间型，即金属粒子位于基体晶粒的三角结合部或晶界上；晶内型，金属粒子位于基体晶粒内部。一般来讲，两种分布同时出现，只不过相对比例不同而已。纯粹的晶间型或晶内型很难控制，目前尚未见报道。在资料 [7]中，金属W粒子大部分位于晶内；而在[34]中，则有将近70%的Ni位于晶间，其余的30%位于晶内。从目前的研究来看，位于晶内的粒子粒径均小于100nm，大于100nm的金属粒子一般都位于晶间。这很可能与晶粒生长的动力学有很大关系。
金属粒子的分布与金属的熔点，金属的含量以及具体的烧结工艺有关。对于高熔点的金属如W、Mo，大部分位于晶内；低熔点的金属如Cu、Ag、Al等，则大部分位于晶间；而对于中等熔点的金属如Fe、Co、Ni等，则强烈依赖于烧结工艺(如温度)和颗粒尺寸,烧结温度高，晶粒小时，以晶内型为主；温度低，粒度大，则以晶间型为主。另外，随着金属含量的增加，金属之间的扩散途径相对缩短，从而容易引起金属颗粒的团聚和联通，所以提高金属含量时，晶间型颗粒增加，晶内型颗粒相对减少。
金属粒子在基体中的分布对材料的性能有很大的影响。一般来讲，金属与基体的热膨胀系数均有一定程度的差别，而在温度变化过程中，热膨胀系数的失配势必在基体中导致一定的热应力，当金属粒子处于不同的位置时，则对基体中的应力分布产生不同的作用，从而可能改变材料的整体力学性能。另外，金属粒子的位置对材料的其它性能也有不同程度的影响。金属陶瓷的一个缺点就是高温抗氧化性差，如果能够制备出晶内型金属陶瓷，由于增加了氧扩散的难度，则材料的抗氧化性会大大提高。并且还有可能提高材料的绝缘性和热性能。
目前对Al2O3/M的显微结构研究仅限于形貌本身的观察，而对金属粒子在烧结过程中具体的形核长大以及晶间/晶内型分布的内在原因或机制则研究很少。资料[34]中，作者认为金属粒子位于晶内，可能是由于基体Al2O3晶粒晶界的迁移速度大于Ni粒子的长大速度，从而导致金属Ni与晶界的分离，从而被基体晶粒包围，或者是由于Ni颗粒表面包围的具有高活化能纳米氧化铝粒子快速烧结所致，但没有实验的证明。资料[7]中则提到金属W在烧结过程中晶粒的形成可能有三种机制：固溶、还原沉积和化学气相传输。资料[30]在研究包裹粉体的烧结过程时，提出金属Ni颗粒分布形成的动态模型，如图1所示：在烧结过程中，分散的细小Ni纳米颗粒进入Al2O3晶内，而由于氧化铝晶粒均匀的分布于Ni颗粒的周围，所以使得晶界的团聚Ni颗粒位于三叉晶界位置。另外在烧结过程中，还伴随有Ni颗粒间的界面原子扩散长大。
金属在基体中的分布机制如果能够研究清楚的话，就有可能通过调节一定的工艺参数，在一定程度上控制金属粒子在基体中的分布，从而达到预期的改善或优化性能的目的。所以，有必要在这方面开展研究工作。对于金属颗粒的动态形成过程，理论上讲，可以通过透射电镜原位动态观察（in-situTEM）获得，但目前尚未见有报道。
4.2界面结构
金属与陶瓷界面的研究已经成为现代复合材料研究的一个重要领域，许多科学工作者对金属/陶瓷界面最本质的微观特性的测定和研究感兴趣，随着高分辨电镜及电子微探针等测定微观结构、化学成分等测试技术的发展，使的从原子尺度研究界面结构成为现实。
金属粒子与基体晶粒的界面结构是影响Al2O3/M材料性能很重要的一个因素。界面结合太强，则限制金属相的变形，增韧潜力得不到充分发挥；界面结合太弱，则增韧效果太差，对强度也不利[9]。究竟多大为好，目前尚无一个定量的描述。在烧结过程中，氧气可能渗入界面，或者金属中一定的氧气，有可能在界面形成尖晶石结构，这种结构有利于增加界面剪切强度，但对韧性提高不利。界面形成尖晶石结构与氧分压有关。当氧分压大于临界分压时，界面形成尖晶石结构，小于临界分压，尖晶石分解。一般来讲，不希望出现界面尖晶石结构。在资料[35]中，作者认为界面金属原子扩散进入Al2O3八面体或四面体间隙，在界面形成固溶体结构，由于界面层非常的薄，所以通过直接观察很难对其进行准确的结构研究。在资料[44]中,通过高分辨电镜（HREM）对界面的电子衍射发现,Al2O3与Ni在界面上是共格的,说明界面上的结合是很好的。目前发展的表面测试法，可以从材料界面的化学状态深入剖析显微结构与宏观性能的关系，是一种很好的研究界面微观结构特征的方法。
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