A1₂O₃是应用最为广泛的陶瓷材料，具有机械强度高、硬度大、耐磨、耐高温、耐腐蚀、高的电绝缘性与低的介电损耗等特点，是制造高强度、耐磨损、耐高温等高性能要求陶瓷零部件的基础材料。但其较低的力学性能和较差的抗热震性限制了其应用领域。通过在A1₂O₃基体中引人纳米SiC分散相再进复合，可大大改善基质材料的性能，不仅能够提升Al₂O₃/SiC复合陶瓷常温、高温力学性能和抗热震性，并且呈现极好的表面机械性能和超塑性。下面小编结合Al₂O₃/SiC复合陶瓷的制备及烧结方式进行简要。

一、Al₂O₃/SiC复合陶瓷粉体制备方法

高性能Al₂O₃/SiC复合陶瓷的关键是制备出具有界面复合结构优良、颗粒分散均匀、无表面污染的陶瓷粉体原料。目前，Al₂O₃/SiC复合陶瓷粉体制备方法主要有溶胶-凝胶法、非均相沉淀法、高能机械球磨法、原位碳热还原法。

1.  溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法可分为以无机盐为前驱体的胶体工艺和以金属醇盐为前驱体的聚合工艺。该方法是分子级可控工艺，采用胶体工艺可制得高分散、高稳定的Al₂O₃与纳米SiC水悬浮液，并结合超声波分散和控制pH值，可进一步打开分子团聚，再经适当热处理后，可得到粒径小、分散性好、混合均匀的Al₂O₃/SiC纳米复合粉体。

溶胶-凝胶法制备Al₂O₃/SiC纳米陶瓷粉体SEM

例如：以分析纯Al（NO₃）3·9H₂O，（CH₂）6N₄和粒径为30nm的SiC粉末为原料，采用溶胶-凝胶方法制备出黑色的干凝胶，经煅烧后，能使大部分SiC纳米颗粒均匀分布在Al₂O₃晶粒内，合成了晶内型的Al₂O₃/SiC纳米陶瓷粉体。

2.非均相沉淀法

非均相沉淀法是利用各生成组元沉淀时的非均衡性，将分散的纳米粒子外层包覆一层基质组分或前驱体，可使纳米相在混合过程中不再团聚，再将此沉淀物煅烧形成纳米陶瓷粉体。

上海硅酸盐研究所高濂团队以分析纯AlCl₃·6H₂O和平均颗粒尺寸为70nm的SiC为原料，氨水为沉淀剂，用非均相沉淀法制备了5vol%SiC-Al₂O₃纳米复合粉体，该粉体中的纳米SiC颗粒能均匀分散在γ-Al2O3颗粒间。

非均相沉淀法制备Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷粉体TEM图片

值得注意的是：该法制备出Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷粉体，其纳米级SiC颗粒被均匀包裹在Al₂O₃晶粒内，少量SiC位于晶界上，且采用该法制备的粉体进行烧结，烧结体的断裂方式由氧化铝以沿晶断裂为主转变为以穿晶断裂为主，显微结构更精密，材料强度及力学性都有较大幅度提高。

3.高能机械球磨法

利用高能机械球磨法制备A1₂O₃/SiC纳米复合粉体时，一般选用微米级的A1₂O₃或小尺寸条带碎片和SiC为原料，以水或无水甲醇为球磨介质，用玛瑙球、硬质合金球等制成的硬球，可在球磨介质中加入适当的分散剂，有利于形成均匀的A1₂O₃/SiC浆料和提高该浆料的稳定性，并对在球磨过程中A1₂O₃和SiC颗粒尺寸、成分和结构变化通过不同时间球磨的粉体的X射线的衍射、电镜观察等方法来进行监视，进而制得高分散的A1₂O₃/SiC纳米复合粉体。

4.原位碳热还原法

原位碳热还原法是利用低成本的Al₂O₃/SiO₂为原料，先制得Al₂O₃/SiO₂干凝胶粉体，在1700℃进行碳热还原处理Al₂O₃/SiO₂干凝胶粉体后，得到晶粒尺寸约为45nm的SiC和Al₂O₃纳米微晶组成的Al₂O₃/SiC复合粉体。

原位碳热还原法制备Al₂O₃/SiC复合粉体SEM/EDS

目前，原位碳热还原法不但被作为生产先进高温结构优良的复合陶瓷粉体的发展方向，而且可能成为一条低成本合成Al₂O₃/SiO₂纳米复合粉体的新途径。

二、Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷烧结技术

Al₂O₃/SiC纳米陶瓷的烧结过程中，必须采取相应的措施来尽可能地控制其晶粒的团聚、粗化和长大。通过大量研究与实践，在普通陶瓷传统烧结方法的基础上不断地加以改进和完善，逐渐形成了Al₂O₃/SiC纳米陶瓷的烧结技术。

1.无压烧结技术

无压烧结是指在大气压或真空状态下对材料进行加热的烧结技术。例如利用β-SiC和α-Al₂O₃复合陶瓷粉体为原料，通过无压烧结制备得到的Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷，当采用粒径为20nm的SiC粉体作为强化相，可以大幅度增韧Al₂O₃/SiC陶瓷，断裂韧性从3.0MPa·m^1/2提高到6.67MPa·m^1/2，增加122.5%。

无压烧结制备Al₂O₃/SiC复合陶瓷显微结构SEM

2.热压烧结技术

热压烧结是指对材料粉末施加单向或多向的压力的同时把粉末加热到熔点以下，通过在外加压力作用下，使物质发生迁移来达到样品均匀化、致密化的一种烧结方法。与常压烧结相比，热压烧结优点是：不仅可以降低烧结温度，而且还可以抑制晶粒的生长，使所得的烧结体晶粒较细，同时具有较高的强度，而且烧结体中气孔率也相对低。

利用热压烧结制备Al₂O₃/SiC复合陶瓷材料，颗粒状的Al₂O₃和SiC晶须两种结构相互穿插，各相结合致密，晶须取向随机分布，基体为六方晶型的α-Al₂O₃。该陶瓷的维氏硬度2402HV，断裂韧性达到7.89MPa·m^1/2。

热压烧结制备Al₂O₃/SiC复合陶瓷材料SEM

3.放电等离子烧结技术

放电等离子烧结是新近发展的一种材料制备技术，是利用脉冲能、放电脉搏冲压力和焦耳热产生瞬时高温场来实现烧结过程。其主要特点是通过瞬时产生的放电等离子使烧结体内部各个颗粒均匀地自身发热和使颗粒表面活化，具有非常高的热效率，可以在相当短的时间内使烧结体达到致密化，可获得组织均匀细小、致密度高、性能良好的纳米陶瓷复合材料。

放电等离子烧结炉

上海硅酸盐研究所高濂课题组采用非均相沉淀法制备的Al₂O₃/SiC纳米复合粉体，采用放电等离子烧结法，先超快速烧结的升温速率为6000℃/min，在烧结温度不保温，迅速在3min内冷却至600℃以下，制备出晶内型的Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷，与热压烧结相比，可降低烧结温度200℃以上，在1450℃超快速烧结得到的纳米复相陶瓷的抗弯强度高达1000MPa，维氏硬度为19GPa，断裂韧性也比单相Al₂O₃陶瓷有所提高。

放电等离子烧结法Al₂O₃/SiC复合陶瓷（左图为显微结构SEM；右图为断口形貌SEM）

4.微波烧结技术

微波烧结技术主要用于陶瓷材料的烧结，是一种采用微波能直接加热进行烧结的方法。例如以分析纯Al（NO3）₃9H₂O﹑NH₃H₂O和50nm的SiC粉体为原料，采用溶胶凝胶法制备干凝胶，经热处理合成Al₂O₃/SiC纳米复合粉体。利用微波烧结制备Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷，并与常规烧结比较，分析了两种烧结方法对制备试样的力学性能影响。与常规烧结相比，微波烧结可以提高Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷的强度和韧性，改善材料的显微结构，促进致密化和晶粒生长。

Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷不同烧结方式SEM照片（左图为微波烧结；右图为热压烧结）

三、Al₂O₃/SiC复合陶瓷应用

1.Al₂O₃/SiC复合陶瓷刀具

目前市场上，Al₂O₃基陶瓷刀具占据了陶瓷刀具总量的2/3，而Al₂O₃/SiC复合陶瓷刀具凭借其良好的切削性能，成为了国内外使用广泛的一种氧化铝基陶瓷刀具。在烧结方式上，Al₂O₃/SiC复合陶瓷刀具材料的烧结常用的主要有无压烧结和热压烧结。利用无压烧结制备Al₂O₃/SiC复合陶瓷刀具的优点是可连续作业、生产成本低。

Al₂O₃/SiC复合陶瓷刀具

2.Al₂O₃/SiC陶瓷复合分离膜

目前陶瓷膜支撑体及中间层的主要材质Al₂O₃、堇青石、莫来石等，其中Al₂O₃占据了市场的主体，但其在高温下环境下表现不佳，无法满足高温强腐蚀性等极端条件下的分离需求。Al₂O₃/SiC陶瓷复合分离膜具有良好的抗热震性能与截留性能，在苛刻性水处理、化工行业以及高温烟气处理等行业有广阔的应用前景。

Al₂O₃/SiC陶瓷复合分离膜

3.Al₂O₃/SiC高温陶瓷涂层

Al₂O₃/SiC高温陶瓷涂层具有良好的耐腐蚀性、耐磨损性和电磁波吸收性能，其在航空航天、能源等领域具有广泛应用。利用等离子喷涂制备Al₂O₃/SiC高温陶瓷涂层，在雷达波方面有着广泛应用。

Al₂O₃/SiC高温陶瓷涂层应用于雷达天线罩模拟件

4.Al₂O₃/SiC耐高温材料

Al₂O₃/SiC-C耐高温复合材料具有高温力学强度好、抗熔渣侵蚀渗透性好、抗热震性好、重烧变化小等优点，在高炉出铁沟系统得到了广泛应用，是实现高炉铁水与熔渣分离的重要系统。

Al₂O₃/SiC-C耐高温复合材料SEM

5.Al₂O₃/SiC陶瓷型芯

Al₂O₃/SiC复合陶瓷型芯具有更好的高温化学稳定性、高温抗蠕变性，使用温度更高（最高温度可达1850℃），且铝基陶瓷型芯与型壳的热膨胀几乎相同，适合制造高级别的涡轮叶片。目前，Al₂O₃/SiC陶瓷型芯广泛应用于高尔夫球头、船舶用大推力发动机空心叶片、大型薄壁铝合金铸件、化工用叶轮等产品的精密铸造。

参考文献：

1.  王宏志，高濂，郭景坤，氧化铝基纳米复合陶瓷显微结构的研究，硅酸盐学报。

2.  杜三明，靳俊杰，肖宏滨，纳米Al₂O₃等离子喷涂涂层的制备及性能分析[J]. 表面技术。

3.  蔡舒，彭珍珍，冯杰，无压烧结制备Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷，陶瓷科学与技术。

4.  王双，孙泰礼，韩亚苓等，Al₂O₃/SiC纳米复相陶瓷断裂韧性的研究，沈阳工业大学学报。

5.刘顾，汪刘应，陈桂明，CNTs-SiC/Al₂O₃-TiO₂复合涂层的制备及其性能[J].无机材料学报

昕玥

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