在超过2000℃熔点的氧化物中，氧化铝陶瓷是最灵活和廉价的材料。氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（氧化铝）为主体的陶瓷材料。氧化铝陶瓷机械强度高、硬度大、高频介电损耗小，又因为它的原料来源广、价格相对便宜、加工技术较为成熟，因此，它被广泛地应用于电子、电器、机械、纺织和航空航天等领域。这也奠定了它在陶瓷材料领域的地位。据悉，氧化铝陶瓷是目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。

氧化铝陶瓷材料的结构属于刚玉型，其本身具有离子键的特性，使得滑移系统远没有金属那么多，这导致其缺乏一定的韧性、塑性。所以表现出的断裂韧性较低，这大大地限制了氧化铝陶瓷的广泛应用。那么氧化铝陶瓷的主要增韧方法有哪些？

一、层状结构增韧

天然材料如竹子、贝壳等，综合性能很好，是因其结构呈层状分布。人们从这些天然结构得到启示，采用仿生结构来改善陶瓷材料的脆性，提高其韧性。层状复合陶瓷材料是由多层材料组成。各层的弹性模量、线胀系数不同，进而导致层间产生宏观应力，在表面产生压应力。受到外力作用时，能最大限度地吸收应变能，并且使裂纹沿界面产生反复偏转、拐折。以此达到提高表面性能和整体韧性的目的。

例如：氧化铝/Ni层状陶瓷，利用镍的线胀系数约为氧化铝的)倍，在氧化铝层产生应压力，裂纹偏转能力大，所以该材料有较好的韧性。层状陶瓷是一新型材料，前景广阔，但其缺点主要是弱夹层会降低材料强度，平行和垂直于夹层方向的性质差别较大，呈各向异性。所以业内专家提出了采用强夹层的思路，制备出了ZTA/ 氧化铝强夹层，冲击韧性达10 Mpa.m1/2以上，是ZTA材料的2.8倍，氧化铝陶瓷的5.6倍。一些科学家通过计算机对层状复合陶瓷进行了模拟，发现如果软层材料的强度太高、太低都会降低整体韧性，而提高硬、软层层厚和弹性模量之比，硬层均匀性均可提高陶瓷韧性。这为层状增韧陶瓷提供了一定的研究思路和优化途径。

二、纤维复合增韧

研究表明，连续纤维对陶瓷的增韧效率较其他增韧方法大，是迄今为止陶瓷系列所能达到的最高韧性，可以达20Mpa.m1/2左右，因此是改善陶瓷材料脆性非常有效的途径。该方法把强度、弹性模量较高的纤维分散在陶瓷基体中。复合材料在外力作用下，一部分载荷由纤维承担，以此来减轻基体本身的负荷。而且，基体中的纤维在承受力大于其强度发生断裂时，纤维产生拔出机制。此外，这些纤维在基体中也存在裂纹桥联、偏转来阻止裂纹的扩展。这3种增韧机制共同作用使陶瓷材料的韧性提高很多。

目前，用于氧化铝陶瓷的纤维主要由碳纤维、碳化硅纤维、硅酸铝纤维等多种。研究发现，提高纤维的长径比可提高增韧效果。在纤维的使用形式上，采用纤维，的三维编织物增韧效果较好。与纤维类似，目前采用晶须增韧氧化铝瓷的也较多，效果也很好。因晶须是以单晶结构生长、直径极小（通常小于3 um）的短纤维。其晶体缺陷少，原子排列高度有序，强度接近相邻原子间成键力的理论值。理论和实践证明，把它应用于陶瓷的增韧，对提高韧性有一定作用。如把碳化硅晶须（体积分数可达20%——30%）引入氧化铝基陶瓷中，段韧性可达8——8.5 Mpa.m1/2。

晶须增韧的机制除了拔出、裂纹偏转、裂纹桥联、钉扎等机制外，自身强度高也是一个原因。因此在理论上，提高晶须强度、降低其弹性模量，提高长径比能提高增韧效果。纤维、晶须增韧氧化铝瓷的缺点就是混合均匀性很难保证。

三、自增韧

所谓自增韧，就是在一定的工艺条件下，生长出增韧、增强相。它在一定程度上消除了基体相与增韧相在物理或化学上的不相容性，而保证了基体相与增韧相的热力学稳定性。对于氧化铝陶瓷而言，异向生长晶粒增韧氧化铝成为克服氧化铝陶瓷脆性的研究热点。其主要机理是通过工艺措施，控制氧化铝晶粒的生长方向，使其沿某些晶面优势生长成棒状、长柱状，起到类似晶须的增韧作用。在受到外来载荷时，裂纹尾部产生桥联方式；而且这些异向生长的氧化铝也会产生拔出、裂纹偏转等增韧机制，而使整个氧化铝陶瓷的韧性得到提高。

四、相变增韧

这是研究比较早而且普遍的一种增韧方。它是人为地在材料中造成大量的极细裂纹，以吸收能量、阻止裂纹扩展。其中主要集中在ZrO2的的马氏体相变研究上，比较成功的有ZTA,ZTM等陶瓷材料。ZrO2弥散在氧化铝基体中，由于二者的线胀系数不同，冷却时，ZrO2颗粒受到压应力，相变受阻。而后，在材料受到外力作用时，ZrO2颗粒上的压力得到松弛，四方相转变为单斜相，体积膨胀后在基体中产生微裂纹，而吸收主裂纹的能量，达到增韧效果。这就是应力诱导相变增韧机制。

在增韧机理中，除了ZrO2的诱导相变机制外，相变产生体积膨胀，在裂纹区域向不发生相变区挤压现象，使裂纹呈闭合趋势，扩展困难，也可以提高韧性。部分研究人员用体积分数为10%——30%的ZrO2制备ZTA陶瓷时发现，ZrO2用量在体积分数为20%时增韧效果最好。

陶瓷增韧技术在未来的很长一段时间都将是材料界的热点技术。陶瓷材料固有的高强度、耐高温、低膨胀系数等特性如果能够再结合高韧性，那将是材料界梦寐以求的高性能材料，运用领域极为广泛。下面简单介绍一下氧化铝陶瓷的一些应用吧。

（一）机械方面

氧化铝陶瓷烧结产品的抗弯强度可达250MPa，热压产品可达500MPa。氧化铝陶瓷的莫氏硬度可达到9，加上具有优良的抗磨损性能等，所以广泛地用于制造刀具、球阀、磨轮、陶瓷钉、轴承等，其中以氧化铝陶瓷刀具和工业用阀应用最广。

氧化铝陶瓷刀具

氧化铝陶瓷刀具的最佳切削速度比一般的硬质合金刀具高，可大幅提高对不同材料的切削效率。随着科学工作者的大量研究，添加其它成分构成两相或以固溶体形式存在于基体之中的氧化铝基复合陶瓷和晶须增强陶瓷中。这些技术弥补了纯氧化铝陶瓷的不足，从而提高了它的切削性能和耐用度。

（二）电子/电力方面

在电子、电力方面，有各种氧化铝陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各种氧化铝陶瓷电绝缘瓷件、电子材料、磁性材料等，其中以氧化铝透明陶瓷和基片应用最广。

氧化铝透明陶瓷

当前透明陶瓷是材料领域研究和应用的重要前沿方向。透明陶瓷作为一种新型材料，除了本身具有宽范围的透光性外，还具有高热导率、低电导率、高硬度、高强度、低介电常数和介电损耗、耐磨性和耐腐蚀性好等一系列优点。

氧化铝陶瓷基片

氧化铝陶瓷基片具有机械强度高、绝缘性好、避光性高等优良性能，广泛用于多层布线陶瓷基片、电子封装及高密度封装基片。

（三）化工方面

在化工应用方面，氧化铝陶瓷也有较广泛的用途，如氧化铝陶瓷化工填料球、无机微滤膜、耐腐蚀涂层等，其中以氧化铝陶瓷膜和涂层的研究和应用最多。

（四）医学方面

在医学方面，氧化铝更多的是用于制造人工骨、人工关节、人工牙齿等。氧化铝陶瓷具有优良的生物相容性、生物惰性、理化稳定性及高硬度、高耐磨性，是制备人造骨和人造关节的理想材料。但它具有和其他陶瓷材料一样的缺点如脆性大、断裂韧性低、机加工技术难度高、工艺复杂等，因此需要进一步研究应用。

（五）建筑/卫生/陶瓷方面

在建筑卫生陶瓷方面，产品随处可见，如氧化铝陶瓷衬砖、研磨介质、辊棒、陶瓷保护管以及氧化铝质耐火材料等。其中以氧化铝球磨介质应用最广。

材料科学的魅力就在于取长补短，造就理想材料。氧化铝陶瓷除了以上应用外，还广泛应用于其它一些高科技领域，如航空航天、高温工业炉、复合增强等领域。在增韧技术的不断发展中，氧化铝陶瓷材料必将具备更加优良的性能，应用领域将更加广泛。