拟自然界贝壳的结构设计出的一种仿生结构强韧化的材料?层状复合陶瓷独特的叠层结构,使得研究者能从宏观结构的角度进行层内和层间的设计,从而制得综合性能优越的新型材料?本文从多层复合陶瓷的设计思路和工程应用要求出发,并综合考虑了ZTA及PSZ型材料的相变增韧?热膨胀失配,颗粒弥散增韧等协同增韧的机制,设计了表面薄层(主要成分为30wt%Al2O3 + ZrO2和45wt%Al2O3+ZrO2),中间厚层(主要成分为5wt%Al2O3+ZrO2)的三层结构复合陶瓷,表面层厚度在300~500(m范围内?通过扫描电子显微镜,力学性能测验等实验设备和手段,系统研究了ZrO2/Al2O3层状复合陶瓷工艺,层状结构形貌及断口形貌,性能及其之间的关系? 本研究在无压烧结的条件下,通过调整表面层配方及降低升温速率等方法,在1650℃×1h烧结,获得相对密度达98%以上的层状复合陶瓷制品?其中:表面组成45%wtAl2O3+ZrO2的层状陶瓷抗弯强度为682MPa,硬度为15.5Gp,断裂韧性8.26Mpa.m1/2,较单层陶瓷提高30%~50%?同时,通过研究发现,成型压力及加压方式的改变将直接影响生胚密度和制品的致密度? 本研究中选择选取成型压力在250~300Mpa,双面加压方式,获得了致密的层状复合陶瓷?测热震稳定性的实验表明层状复合陶瓷临界热震温差≥450℃,高出单层陶瓷200℃左右?将38×6.5×5mm的层状复合陶瓷,进行热模拟工况条件的实验表明,该层状复合陶瓷显示一定的优越性能,可望在高温热冲击的恶劣条件下应用? SEM观察结果表明,该层状复合陶瓷在层间的结合是一种波浪型界面,ZrO2和Al2O3的颗粒结合紧密,Al2O3颗粒含量在层间界面处有着明显的过渡梯度,由于ZrO2的相变及热失配的作用引发了一定量的微裂纹,同时由于表面压应力的存在及Al2O3颗粒的弥散作用细化了晶粒,在这些机制协同的作用下,ZrO2/Al2O3层状复合陶瓷韧性得到了很大的提高?对单层陶瓷及层状复合陶瓷的热震稳定性分析表明,引入热震阻力参数KR,作出相应的热震阻力曲线,经研究发现,单层陶瓷(成分组成为5wt%Al2O3+ZrO2),层状复合陶瓷(中间层组成为5wt%Al2O3+ZrO2,表面组成为30wt%Al2O3+ZrO2,45Wt%Al2O3+ZrO2)均表现出上升的阻力曲线行为及耐缺陷的性能?表面组成为45wt%Al2O3+ZrO2的层状陶瓷的热震稳定性比单层陶瓷高约50%??