中国粉体网讯  近日，哈工大航天学院复合材料与结构研究所郑永挺教授项目组在超高韧性、柱状晶纳米氧化铝基陶瓷领域取得重要进展。该研究在陶瓷熔体急速冷却过程中实现了在微纳尺度上调控粉体内部的微观结构，在粉末烧结过程中控制晶粒的几何特征，为超高韧纳米陶瓷的发展提供了新的技术原理。

氧化铝陶瓷具有优良的电性能、机械性能、化学稳定性，是目前应用最为广泛的陶瓷材料之一。但其断裂韧性较低，严重地限制了它在更广泛领域中的应用，从而增强氧化铝陶瓷断裂韧性成了当前研究的热点之一。

氧化锆增韧氧化铝（ZTA）陶瓷材料，它是在氧化铝母相基质中引入一定量的相变材料氧化锆所形成的一种复相精细陶瓷材料。由于氧化铝的硬度大、氧化锆的韧性好，这两种材料形成了高强度、高韧性的优异复合体，在常温下具有更高的抗折强度和断裂韧性，因而具有出色的耐磨性能。因此这种复相陶瓷材料既具有氧化锆陶瓷高韧和高强度的特性，又具有氧化铝陶瓷高硬度的优点，而且随着这种综合力学性能的提高，其耐磨性也得到了较大的提高。

其中，要制得高韧性的氧化铝基陶瓷，制备出性能优异的ZrO₂／Al₂O₃复合粉体是重要前提。目前复合粉体的制备工艺有混合法、溶胶-凝胶法、共沉淀法和沉淀包裹法等不同方法。其中的关键是，既要保证ZrO₂的颗粒细度小且颗粒度分布范围窄；又要保证ZrO₂的均匀分散，使Al₂O₃ 颗粒能够包裹ZrO₂，以产生良好的增韧效果。

郑永挺教授项目组首创了“Al-O₂超高温燃烧合成+熔体快速水冷”方法，研制了新型超高温熔体水冷雾化设备，合成氧化铝/氧化锆亚稳态微米粉（图a），粉体内部微观结构见（图b），在烧结致密化过程中，原位诱发了具有高密度多级氧化锆纳米结构、亚微米柱状晶的氧化铝基陶瓷（图c, d），可实现多级纳米结构、柱状晶、氧化锆t-m相变等多因素的协同增韧，大幅度提高了陶瓷的力学性能，产品兼具极高的硬度（HV20GPa）和极佳的韧性（16MPa•m^1/2），其技术原理可广泛应用于高性能先进陶瓷的生产制造。

相较于传统纳米复合陶瓷的工艺方法，该研究成果具有以下优势：产物具有多级高密度、细密均匀的纳米结构，晶粒尺寸约500纳米，晶内纳米增强相约50纳米；实现陶瓷内部大量亚微米柱状晶自发生长，柱状晶与基体原子级结合紧密，强韧化效果显著提高；经济高效、成本低，适于工业化量产；粉体合成及烧结工艺绿色环保、无污染，避免纳米粉液相生产工艺带来的污染问题；制备纳米陶瓷的原料为球形、微米级固溶体粉末，避免了纳米粉末易团聚、难分散、成型困难等问题，大幅降低成型工艺的难度和成本。

此外，项目组在“超高温燃烧合成+熔体快速水冷雾化”技术方面，取得了多项研究成果。前期已成功制备了氧化铝/氧化锆的过饱和固溶体微米粉和纳米共晶粉末，烧结制备了高密度纳米结构等轴晶纳米陶瓷，在远离平衡态的非线性相变过程中，实现了先进陶瓷微观结构的精密调控。相关成果发表于《欧洲陶瓷协会》和《美国陶瓷协会》杂志，获授权国家发明专利9项、国际专利1项。

参考来源：陶瓷 Ceramic、哈尔滨工业大学