氧化铝陶瓷的断裂韧性及其抗热震性

由于脆性本质所决定,大部分陶瓷材料对热应力断裂很敏感。根据断裂力学理论,热应力断裂包括裂纹成核以及裂纹连续扩展过程。而且,裂纹扩展阶段似更危险。指出,断裂面积动态扩张过程的动力与抗热震参数R成反比。R≌(K1C/σ_f)2,这里K1C是临界应力强度因子,σ_f是抗张强度。 为了探讨上述规律,以显微结构不同的三种Al2O3基陶瓷为对象,研究其断裂韧性参数(亦即临界应力强度因子K1C),抗热震参数与很宽淬火温差范围内的热震强度损失率间的关系。结果表明,由于晶界结合力较弱,以沿晶方式断裂的T-Al2O3较P-Al2O3和Ⅱ-95-Al2O3具有低得多的强度。然而,其K1C值略高于Ⅱ-95-Al2O3的K1C值。这是由于晶界起了分散能量的作用。结果得到的高R值与其淬火后较小的强度损失率一致。以穿晶断裂方式为主的Ⅱ-95-Al2O3强度值最高,K1C值较低,预示了低的R值和必然的高热震强度损失。P-Al2O3具有的高强度和较高的K1C值使其拥有中等的抗热震参数值,相应于一定的热震强度损失。 很明显,R值可作为衡量脆性陶瓷强度相对变化的判据,而后者是材料热震严重程度的函数。建议以K1C和抗折强度作为实验室的常规测试,用于陶瓷材料的生产控制和发展。