中国粉体网讯  陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，是较为理想的高温结构材料，在高温工程方面得到广泛应用，但由于陶瓷很脆且抗热震性较差，使其应用受到了限制。

抗热震性是指材料承受温度的急剧变化而不被破坏的能力。结构陶瓷材料在温度剧变（即热震作用）的环境下，其强度会大幅度下降，发生剥落甚至脆断，这大大损害了它使用时的安全可靠性。因此，研究抗热震性对高温结构陶瓷材料性能的影响，探讨提高抗热震性的途径是亟待解决的问题。

如何提高陶瓷的抗热震性呢？

陶瓷材料的抗热震性是其力学性能和热学性能的综合表现，与材料本身的物理性质有关。因此，一些热学和力学参数，如热膨胀系数、热导率、弹性模量、断裂能是影响陶瓷抗热震性的主要参数。因此提高陶瓷抗热震性应从以下几方面入手：

1、提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ/E提高。这意味着提高材料的柔韧性，能吸收较多的弹性应变能而不致开裂，因而提高了热稳定性。

2、减小材料的线胀系数α。众所周知，固体材料的线胀是由于原子热振动而引起的，晶体中的平衡间距由原子间的势能所决定，温度升高则原子的振动加剧，原子间距的相应扩大就呈现出宏观的线胀。α小的材料，在同样的温差下，产生的热应力小。

3、提高材料的热导率λ。λ大的材料传递热量快，使材料内外温差较大的得到缓解、平衡，因而降低了短时间热应力的聚集。热震好的陶瓷材料，一般应具有较高的热导率。

具体该怎么做呢？

1、引入稀土氧化物提高抗热震性

稀土氧化物由于具有特殊的物理化学性能，起到改善氧化铝陶瓷显微结构和提高力学性能的作用，将其引入被认为是改善氧化铝陶瓷性能的一个有效途径，目前已有很多研究。

如引入稀土氧化物Y₂O₃，La₂O₃，Sm₂O₃可以抑制氧化铝晶粒生长，细化晶粒，提高力学性能；引入适量的Y₂O₃，CeO₂，La₂O₃可改善氧化铝陶瓷的显微结构，加速烧结，有利于致密化并保持较好的力学性能。

2、形成氧化物-非氧化物复合材料

通过对氧化物-非氧化物复合材料的高温性能的研究发现，在氧化物中引入非氧化物，材料的抗热震性能明显提高，原因在于非氧化物（如BN、SiC、Si₃N₄等）的热传导性较高，其本身的抗热震性能较好。同时对非氧化物基的材料来说，引入适当的氧化物，也可以保持非氧化物原有优良的抗热震性。

3、引入金属化合物

经研究发现，Fe-Al基金属间化合物的性能介于钢与陶瓷之间，与Al₂O₃具有较好的适配性。在Al₂O₃基体中引入金属间化合物Fe-Al相，其抗弯强度和断裂韧性可平均提高到600MPa和10MPa·m^1/2，同时影响Fe-Al/Al₂O₃复合材料的抗热震性。

4、引入低热膨胀系数组元

在氧化物陶瓷材料中，添加提高热导率、降低热膨胀系数的组元，将有利于提高陶瓷的抗热震性。例如，在氧化铝陶瓷中添加堇青石、莫来石、钛酸铝、锂辉石、锂霞石等可获得具有较低线胀系数的复合材料，从而提高氧化铝陶瓷的抗热震性。

5、通过相变改善陶瓷材料热震性

氧化锆同时存在单斜、四方和立方三种晶型且热膨胀系数不同，在升温和降温过程中发生相变伴随的体积变化容易导致材料破裂。利用这一特点，通过对相组成及其变化调整和控制可以提高氧化锆陶瓷材料的抗热震性能。赵世柯等通过调整CaO稳定ZrO₂材料的相组成和热膨胀，提高了氧化锆陶瓷材料的抗热震性能。

6、改善工艺

材料中若含有少量微裂纹时，微小裂纹破裂有明显的动力扩展，瞬时裂纹长度变大，从而引起严重的破坏。假如原先裂纹长度能够控制在一定低的范围内，则可以有最小的动力扩展，使材料的抗热震性得到改善。从工艺的角度出发，通过调整材料的颗粒尺寸，人为引入裂纹等方法提高材料的抗热震性，例如ZrO₂微裂纹增韧陶瓷。

参考来源：

[1]文圆等.陶瓷材料抗热震性的研究进展

[2]董艳玲等.陶瓷材料抗热震性的研究进展

（中国粉体网编辑整理/山川）

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