文 献 综 述

摘 要：本文介绍了陶瓷抗热震性的概念，陶瓷抗热震性能的具体评价理论以及目前表征陶瓷材料的抗热震性的手段一般为哪几种，介绍氧化铝陶瓷抗热震性评价方法的研究现状，进一步研究氧化锆的添加对氧化铝抗热震性能的影响，通过实验深入的研究其抗热震机理。

关键词: 氧化铝基陶瓷 氧化锆 抗热震性

1 前言

抗热震性是指材料承受温度骤变的能力，它是材料力学性能和热学性能对受热条件的综合反应。陶瓷材料的热震破坏可分为热冲击作用下的瞬时断裂和热冲击循环作用下的开裂、剥落、直至整体破坏两类^[1]。鉴于陶瓷材料热震破坏方式的不同，目前被人们普遍接受的热震评价理论有两种：一种是基于热弹性理论的临界应力断裂理论^[2]；一种是以断裂力学为基础的热震损伤理论^[3]。

氧化铝基陶瓷材料具有弹性模量大、强度高、硬度高、高温耐氧化及重量轻、价格低廉等优点，广泛地应用于高温耐磨件、机械密封件、高温发热体、切削刀具等。日本早就研制生产了牌号为LT55的Al₂O₃-TiC普通刀具，J.Zhao等^[4]也发展FG-1的Al₂O₃-TiC功能梯度刀具材料。近年来，Niihara^[5]通过在氧化铝基体中复合纳米碳化硅，使氧化铝基陶瓷的力学性能有了较大的提高。刀具在使用中，热应力的产生是其失效和寿命降低的重要原因。有人指出，使用冷却后的WC-Co刀具的最大拉应力达20000MPa，而最大压应力可达18000MPa，这样大的热应力势必造成热裂纹的产生^[6]。另外，热应变范围和热应变周期数对于间断切削时的WC-Co刀具使用寿命有重大影响。人们用有限元法对在切削期间，靠近刀刃的瞬时温度和热应力分布进行了计算。结果表明，热应力可引起切削刀具产生裂纹，而温度与热应力强烈周期性变化，更促进裂纹扩展而导致刀具破坏。氧化铝基陶瓷材料是以离子键或共价键结合，位错的势垒很高，材料的脆性大，不能承受巨大的机械冲击和热冲击^[7]，即其抗热震性较差，单相氧化铝陶瓷ΔT_C（抗热震温差）约为200℃。为了其在刀具方面的广泛应用，就必须提高和改善其热震性。

2 抗热震性的评价理论及改善抗热震性能的途径

2.1陶瓷材料抗热震性的评价理论

① 热震断裂理论^[2]是从热弹性力学的观点出发，以强度-应力为判据，认为材料中热应力达到抗张强度极限后，材料就产生开裂，一旦有裂纹成核就会导致材料的完全破坏。也就是说材料的固有强度不足以抵抗热震温差引起的热应力而产生的材料瞬时断裂。Kingery基于热弹性理论，以热应力σ_h和材料的固有强度σ_f之间的平衡条件作为判断热震断裂的依据，即：