电子陶瓷主要都应用在哪些地方

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解析:

电子陶瓷是指以电、磁、光、声、热、力、化学和生物等信息的检测、转换、耦合、传输及存储等功能为主要特征的陶瓷材料，主要包括铁电、压电、介电、半导体、超导和磁性陶瓷等。电子陶瓷在信息的检测、转化、处理和存储显示中应用广泛，是信息技术中基础元器件的关键材料。

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电子陶瓷，它和我们平时喝水用的陶瓷杯吃饭用的陶瓷碗是不同的。电子陶瓷是以氧化物、氮化物为主要成分进行烧结，它通过对晶体或者配方的一些精密的控制，获得一些特别有的新功能，比如说屏蔽性、介电性能、电磁转换与传导等这些功能的一种新型陶瓷。

它有几个很强的优势，比如高灵敏性、介电好、高强度、高韧性、散热好、寿命长。其实最早电子陶瓷是由于它的绝缘性好，在电路里用作绝缘体，比如说在高压电塔中，我们用电子陶瓷来做绝缘端子。

后来我们发现在通讯行业，航空航天、工业电子，对我们前面说的电子陶瓷的这些新特性，比如通讯性能、比如寿命和高可靠性，这种需求越来越多。所以我们看到电子陶瓷的应用范畴越来越广泛。

可以用。电子碗指电子陶瓷，是在电子工业中能够利用电、磁性质的陶瓷。

电子陶瓷是通过对表面、晶界和尺寸结构的精密控制而最终获得具有新功能的陶瓷。在能源、家用电器、汽车等方面可以广泛应用。

电子陶瓷材料的发展，同物理化学、应用物理学、硅酸盐物理化学、固体物理学、光学、电学、声学、无线电电子学等的发展密切相关，它们相互促进，从而在电子技术的飞跃发展中，使电子陶瓷也相应地取得了很大进展。

介绍

陶瓷餐具，由最粗糙的土器到最精细的精陶和瓷器都属于它的范围。对于它的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、长石、石英等)，因此与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业，同属于“硅酸盐工业”的范畴。

陶瓷餐具的烧制和应用在我国有着悠久的历史，其造型多样、色彩斑斓、手感清凉细滑，容易洗涤，深受国人喜爱。陶瓷餐具的制作方法分为釉上彩、釉下彩、釉中彩三种。

釉上彩陶瓷用颜料制成花纸贴在釉面上或直接以颜料绘于产品表面，再经低温烤烧而成，由于烤烧温度达不到釉层熔融的程度，所以花面不能沉入釉中。

电子碗指电子陶瓷，是在电子工业中能够利用电、磁性质的陶瓷。

电子陶瓷是通过对表面、晶界和尺寸结构的精密控制而最终获得具有新功能的陶瓷。在能源、家用电器、汽车等方面可以广泛应用。

电子陶瓷材料的发展，同物理化学、应用物理学、硅酸盐物理化学、固体物理学、光学、电学、声学、无线电电子学等的发展密切相关，它们相互促进，从而在电子技术的飞跃发展中，使电子陶瓷也相应地取得了很大进展。

电绝缘陶瓷的应用前景

电绝缘陶瓷因具备导热性良好、电导率低、介电常数小、介电损耗低、机械强度高、化学稳定性好等特性，被广泛应用于金属熔液的浴槽、熔融盐类容器、封装材料、集成电路基板、电解槽衬里、金属基复合材料增强体、主动装甲材料、散热片以及高温炉的发热件中。

在电子、电力工业中，绝缘陶瓷比如电力设备的绝缘子、绝缘衬套、电阻基体、线圈框架、电子管功率管的管座及集成电路基片等主要是用于电器件的安装、保护、支撑、绝缘、连接和隔离。

电子陶瓷按功能和用途可以分为五类：绝缘装置瓷、电容器瓷、铁电陶瓷、半导体陶瓷和离子陶瓷。 简称装置瓷，具有优良的电绝缘性能，用作电子设备和器件中的结构件、基片和外壳等的电子陶瓷。绝缘装置瓷件包括各种绝缘子、线圈骨架、电子管座、波段开关、电容器支柱支架、集成电路基片和封装外壳等。对这类瓷的基本要求是介电常数ε低，介质损耗tanδ小，绝缘电阻率ρ高，击穿强度E 大，介电温度特性和频率特性好。此外，还要求有较高的机械强度和化学稳定性。

在这类陶瓷中以滑石瓷和氧化铝瓷应用最广。它们的主晶相成分分别为MgSiO3及Al2O3。滑石瓷的电绝缘性优良且成本较低，是用于射电频段内的典型高频装置瓷。氧化铝瓷是一类电绝缘性更佳的高频、高温、高强度装置瓷。其电性能和物理性能随 Al2O3含量的增多而提高。常用的有含75%、95%、99%Al2O3的高铝氧瓷。在一些要求极高的集成电路中，甚至还使用Al2O3含量达99.9%的纯刚玉瓷，其性质与蓝宝石单晶相近。高铝氧瓷，尤其是纯刚玉瓷的缺点是制造困难，烧成温度高、价格贵。

装置瓷中还有一类以氧化铍 (BeO）为代表的高热导瓷。含 BeO95%的氧化铍瓷的室温导热率与金属相同。氧化铍还具有良好的介电性、耐温度剧变性和很高的机械强度。其缺点是BeO原料的毒性很大，瓷料烧成温度高，因而限制了它的应用。氮化硼 (BN）瓷和氮化铝（AlN）瓷也属于高热导瓷，其导热性虽不及氧化铍瓷，但无毒，加工性能和介电性能均好，可供高频大功率晶体管和大规模集成电路中作散热及绝缘用。

研制出一类以SiC为基料，掺入少量BeO等杂质的热压陶瓷。这种陶瓷绝缘性能优良，热导率高于纯度为99%的氧化铍瓷。它的热膨胀系数与硅单晶可在宽温度范围内接近一致，可望在功率耗散较大的大规模集成电路中得到应用。

用作碳膜和金属膜电阻器基体的低碱长石瓷也是一类重要而价廉的装置瓷，但其介质损耗较大，不宜在高频下使用。 用作电容器介质的电子陶瓷。这类陶瓷用量最大、规格品种也最多。主要的有高频、低频电容器瓷和半导体电容器瓷。

高频电容器瓷 　属于Ⅰ类电容器瓷，主要用于制造高频电路中的高稳定性陶瓷电容器和温度补偿电容器。构成这类陶瓷的主要成分大多是碱土金属或稀土金属的钛酸盐和以钛酸盐为基的固溶体（表1）。

电子陶瓷

选用不同的陶瓷成分可以获得不同介电常数、介质损耗角正切 tanδ和介电温度系数αε的高频电容器瓷料，用以满足各种温度补偿的需要。表中的四钛酸钡瓷不仅是一种热稳定性高的电容器介质，而且还是一种优良的微波介质材料。

低频电容器瓷 　属于Ⅱ类电容器瓷，主要用于制造低频电路中的旁路、隔直流和滤波用的陶瓷电容器。主要特点是介电常数ε 高，损耗角正切较大且tanδ及ε随温度的变化率较大。这类陶瓷中应用最多的是以铁电钛酸钡（BaTiO3）为主成分，通过掺杂改性而得到的高ε（室温下可达20000）和ε的温度变化率低的瓷料。以平缓相变型铁电体铌镁酸铅 (PbMg1/3Nb2/3O3）等为主成分的低温烧结型低频独石电容器瓷料，也是重要的低频电容器瓷。

半导体电容器瓷 　利用半导体化的陶瓷外表面或晶粒间的内表面（晶界）上形成的绝缘层为电容器介质的电子陶瓷。其中利用陶瓷晶界层的介电性质而制成的边界层电容器是一类新型的高性能、高可靠的电容器，它的介电损耗小、绝缘电阻及工作电压高。半导体电容器瓷主要有BaTiO3及SrTiO3两大类。在以BaTiO3、SrTiO3或二者的固溶体为主晶相的陶瓷中，加入少量主掺杂物（如Dy2O3等）和其他添加物，在特殊的气氛下烧成后，即可得到N型半导体陶瓷。然后，再在表面上涂覆一层氧化物浆料（如CuO等），通过热处理使氧化物向陶瓷的晶界扩散，最终在半导体的所有晶粒之间形成一绝缘层。这种陶瓷的视在介电常数极高（可达 105以上）、介质损耗小（小于1%）、体电阻率高（高于 1011欧·厘米）、介质色散频率高（高于1吉赫）、抗潮性好，是一种高性能、高稳定的电容器介质。　铁电陶瓷 　以铁电性晶体为主晶相的电子陶瓷。已发现的铁电晶体不下千种，但作为铁电陶瓷主晶相的主要有钙钛矿或准钙钛矿型的铁电晶体或固溶体。　在一定的温度范围内晶体中存在着可随外加电场而转变方向的自发极化，这就是晶体的铁电性。当温度超过某一临界值──居里温度TC时，其极化强度下降为零，晶体即失去铁电性，而成为一般的顺电晶体；与此同时，晶体发生铁电相到顺电相的相变。铁电体的极化强度还随电场而剧烈变化（图1）。

电子陶瓷

铁电体的重要微观特征是具有电畴结构，即铁电体具有许多沿特定方向自发极化到饱和的小区域──电畴。这些取向不同的电畴以畴壁分开（图2a）。在相当强的外电场作用下，这种多畴晶体可以被电场强迫取向而单畴化（图2b）。这种电畴随外电场而反转取向的动力学过程，包括畴壁的运动过程以及新畴成核和成长的过程。 通过半导体化措施使陶瓷具有半导电性晶粒和绝缘性（或半导体性）晶界，从而呈现很强的界面势垒等半导体特性的电子陶瓷。

陶瓷半导体化的方法主要有强制还原法和施主掺杂法（亦称原子价控法）两种。两种方法都是在陶瓷的晶体中形成离子空位等缺陷，从而提供大量导电电子，使陶瓷中的晶粒成为某种类型（通常是 N型）的半导体。而这些晶粒之间的间层为绝缘层或另一类型（P 型）的半导体层。

半导体陶瓷种类很多，其中包括利用半导体瓷中晶粒本身性质制成的各种负温度系数热敏电阻；利用晶界性质制成的半导体电容器、ZnO 压敏电阻器、BaTiO3系正温度系数热敏电阻器、CdS/Cu2S太阳能电池；以及利用表面性质制成的各种陶瓷型湿敏电阻器和气敏电阻器等。表2列出典型的传感器用半导体陶瓷。

CdS/Cu2S系光电陶瓷不同于上表所列的利用绝缘晶界层性质的半导体瓷，它所利用的是N型CdS与P型Cu2S晶界层之间的PN异质结的光伏效应。用它制成的陶瓷太阳能电池，可以作为无人值守台站的电源，也可作为电子仪器中的光电耦合器件。 快离子导电的电子陶瓷。具有快速传递正离子的特性。典型代表是 β-Al2O3 瓷。这种陶瓷在300℃下离子电导率可达0.1/（欧·厘米），可用来制作较经济的高比率能量的固体电池，还可制作缓慢放电的高储能密度的电容器。它是有助于解决能源问题的材料。

结构陶瓷是以强度、刚度、韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度等力学性能为特征的材料。

2 应用于提高陶瓷材料的超塑性

只有陶瓷粉体的粒度小到一定程度才能在陶瓷材料中产生超塑性行为,其原因是晶粒的纳米化有助于晶粒间产生相对滑移,使材料具有塑性行为。

纳米陶瓷的超塑性在电子、磁性、光学以及生物陶瓷方面有潜在应用。纳米陶瓷可能具有的低温超塑性、延展性和极高的断裂韧性，将使其成为兼具陶瓷和金属的优良特性(如高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、易加工等)的新结构和功能材料，在航空、航天、机械、电子信息等众多领域具有无限广阔的应用前景。

3 应用于制备电子(功能)陶瓷

纳米陶瓷粉体之所以广泛地用于制备电子陶瓷,原因在于陶瓷粉体晶粒的纳米化会造成晶界数量的大大增加,当陶瓷中的晶粒尺寸减小一个数量级,则晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。

4 应用于制备陶瓷工具刀

纳米技术的出现以及纳米粉体的工业化生产,使得制备金属陶瓷刀成为现实。

3.1.1机械粉碎法

机械粉碎法主要过程是将基质粉末与纳米粉体进行混合、球磨，然后烧结。普通粉碎法很难制得纳米粉体，但高能球磨能为固相反应提供巨大的驱动力。将高能球磨法和固相反应结合起来，则可通过颗粒间的反应直接合成纳米化合物粉体。如合成金属碳化物、氟化物、氮化物、金属一氧化物复合纳米粉体等。意大利的Matteazzi P和澳大利亚的Calka等人，在高能球磨法制备上述纳米陶瓷粉体方面做了大量研究工作。如在室温下、N2气氛中将铝粉进行高能球磨，则可得到纳米AlN粉[1]。

机械粉碎法存在一些问题，如粉体粒径控制较难，使得工业化生产有一定的困难，球磨本身不能完全破坏纳米颗粒之间的团聚，不能保证两相组成的均匀分散，以致球磨之后分散颗粒团聚、沉降造成进一步的不均匀。另外球磨及氧化等带来的污染也会降低纳米陶瓷粉体的纯度。如果在机械混合分散的基础上使用大功率超声波破坏团聚，调整体系的pH值使两种粉末悬浮颗粒的双电层结构具有静电稳定性，可使最终的分散性有所改善。

3.2.2固相反应法

固相反应法又分为燃烧法和热分解法。燃烧法是指把金属盐或金属氧化物按配方充分混合，研磨后进行锻烧，发生固相反应后，直接得到纳米陶瓷粉体或再进行研磨得到纳米陶瓷粉体。例如现在常见的BaTiO3的制备方法之一就是将TiO2和BaCO3等摩尔混合后锻烧，发生固相反应，合成了BaTi03后再进行粉碎来获得纳米陶瓷粉[2]。热分解法则是利用金属化合物的热分解来制备纳米陶瓷材料。如草酸盐、碳酸盐热分解都可制得纳米氧化物。还可以加热分解金属与某些螯合剂(如柠檬酸、乳酸等)所形成的螯合物，制得高性能的纳米陶瓷粉体。

3.2液相法

液相法是目前广泛采用的制备纳米陶瓷粉体的方法，其基本过程原理是：选择一种或多种合适的可溶性金属盐类，按所制备的材料组成计量配制成溶液，再选择一种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、水解等操作，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶的脱水或者加热分解而得到纳米陶瓷粉体。

3.2.1沉淀法

沉淀法又分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法等，都是利用生成沉淀的液相反应来制取。共沉淀法可在制备过程中完成反应及掺杂过程，因此较多地应用于电子陶瓷的制备。BaTiO3是一种重要的电子陶瓷材料，具有高介电常数和优异的铁电和压电性能。用TiCl4,H2O2和BaCl2以共沉淀法制备过氧化钛前驱体，经无水乙醇分散脱水，热分解制备出颗粒直径小于30 nm的BaTi03纳米晶[3]。

3.2.2水热法

水热法是通过高温高压在水溶液或蒸汽中合成物质，再经分离和热处理得到纳米微粒。水热条件下离子反应和水解反应可以得到加速和促进，使一些在常温常压下反应速度很慢的热力学反应，在水热条件下可以快速进行。依据反应类型不同可分为:水热氧化、还原、沉淀、合成、水解、结晶等。利用超临界的水热合成装置，可连续地获得Fe203 ,钛TiO2, ZrO2, BaO?6Fe2O3, Ce02等一系列纳米氧化物粉体[4-5]。水热法比较适合氧化物材料合成和少数对水不敏感的硫化物的制备。

3.2.3溶胶一凝胶法

溶胶一凝胶法是利用金属醇盐的水解和聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的均匀溶胶，然后利用溶剂、催化剂、配合剂等将溶胶浓缩成透明凝胶，凝胶经干燥，热处理可得到所需纳米微粒。其中，控制溶胶凝胶化的主要参数有溶液的pH值、溶液浓度、反应温度和时间等。通过调节工艺条件，可以制备出粒径小、粒径分布窄的纳米微粉。采用溶胶一凝胶法工艺简单，可实现颗粒粒径的控制，制备出的纳米粉体纯度高，但成本相对较大。

3.2.4水解法

有很多化合物可用水解生成沉淀，其中有些还广泛用来合成纳米陶瓷粉体。水解反应的产物一般是氢氧化物或水合物。经过滤、干燥、焙烧等过程就可以得到氧化物纳米陶瓷粉体。

在制备纳米陶瓷粉体过程中，通常采用金属醇盐水解法。该法是将醇盐溶解于有机溶剂中，通过加人蒸馏水使醇盐水解、聚合，形成溶胶。溶胶形成后，随着水的加人转变为凝胶，凝胶在真空状态下低温干燥，得到疏松的干凝胶，再将干凝胶作高温燃烧处理，即可得到氧化物纳米陶瓷粉体。如Mazdiyashi等人利用此方法合成了粒径在5-15nm的精细BaTiO3纳米陶瓷粉末[6]。

3.3气相法

气相法是直接利用气体，或者通过各种手段将物质转变为气体，使之在气体状态下发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。用该法可制备纯度高、颗粒分散性好、粒径分布窄、粒径小的纳米陶瓷粉体。气相法又可分为气体中蒸发法、化学气相反应法、溅射源法、流动油面上真空沉积法和金属蒸汽合成法。

3.3.1气体中蒸发法

气体中蒸发法是在惰性气体(如He, Ar, Xe等)或活性气体(如O2,CH4,NH3等)中将金属、合金或化合物进行真空加热蒸发气化，然后在气体介质中冷凝而形成纳米陶瓷粉体。通过蒸发温度、气体种类和压力控制颗粒的大小，一般制得颗粒的粒径为10nm左右。其中蒸发源可用电阻加热、高频感应加热，对高熔点物质则可采用等离子体、激光和电子束加热等1987年美国的Argonne实验室的Sicgel等采用此法制备了平均粒径为12 nm的Ti02陶瓷粉体，而后该实验室还用该方法制备了粒径在4-8nm的ZrO2和中粒径为4 nm的Y203等纳米陶瓷粉体[7]。该方法适合制备熔点较低的粉体对于高熔点的碳化物和氮化物等，则能量消耗太大，而且装置庞大、结构复杂，设备也较昂贵。

3.3.2化学气相反应法

化学气相反应法制备纳米微粒是利用挥发性的金属化合物的蒸汽，通过化学反应生成所需要的化合物，在保护气体环境下快速冷凝，从而制备各类物质的纳米微粒。该方法也叫化学气相沉积法(chemical vapor deposition，简称CVD)。

自上世纪80年代起，CVD技术逐渐用于粉状、快状材料和纤维等的合成，成功制备了SiC, Si304和AlN等多种超细颗粒[8]。最初的CVD反应器是由电炉加热，这种热CVD技术虽可合成一些材料的超细颗粒，但由于反应器内温度梯度小，合成的粒子不但粒度大，而且易团聚和烧结，这也是热CVD合成纳米颗粒的最大局限。在此基础上，人们又开发了多种制备技术，如等离子体CVD法、激光CVD法等等。

3.3.3溅射源法

溅射源法用两块金属板作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充人惰性气体Ar(40-250 Pa)，两电极间施加的电压范围为(0-31.5V)。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原子从表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面上沉积下来。粒子的大小及尺寸分布主要取决于两电极间的电压、电流和气体的压力。靶材的面积愈大，原子的蒸发速度愈高，纳米陶瓷粉体的获得量就愈多[9]。商用磁控溅射装置可用来制备7-50 nm直径的纳米陶瓷分子团，己用磁控溅射研究了TiO2, Zr02等陶瓷纳米品的生成。

3.3.4流动油面上真空沉积法

流动油面上真空沉积法(VEROS法)的原理是在高真空中将原料用电子束加热蒸发，让蒸发物沉积到旋转圆盘的下表面的流动油面，在油中蒸发原子结合形成纳米陶瓷粉体[10]。其优点是，平均粒径很小，为3nm左右，而且粒度很整齐，另外，纳米陶瓷粉体一形成就在油中分散，处于孤立状态。其缺点是，生成的纳米陶瓷粉体与油较难分离，且产率低。

总的说来气相法所得的纳米陶瓷粉体纯度高、团聚较少、烧结性能也往往较好但设备昂贵、产量较低、不易普及；固相法所用设备简单、操作方便，但所得粉体往往不够纯，粒度分布也较大，适用于要求比较低的场合；液相法介于气相法与固相法之间，与气相法相比，液相法具有设备简单、无需真空等苛刻物理条件、易放大等优点，同时又比固相法制得的粉体纯净、团聚少，很容易实现工业化生产，因此很有发展前途。

4纳米陶瓷的热力学特性

4.1纳米陶瓷的烧结

4.1.1烧结温度的变化

纳米陶瓷粉体的烧结温度较低。研究表明，无团聚的含ZrO2纳米粉体(颗粒尺寸为10-20nm)在1200℃时.即可烧结到理论密度的95%，且升温速率可达500℃/min.保温时间仅需2min，而微米级时烧结温度为1650℃左右。文献 [l4]通过对Y-TZP纳米份体烧结初期动力学过程的研究，提出了晶界扩散是烧结初期导致收缩的主导因素并推导出如下烧结动力学方程：

其中为晶界扩散系数；Ω为空位体积；R为颗粒半径；k为波尔兹曼常致；T为烧结温度；t烧结时间。实验表明：对于无团聚体的超细粉体，烧结初期素坯收缩量与烧结时间成线性关系。

4.1.2烧结动力学

超微粉体的巨大比表面，意味着作为粉体烧结的驱动力的表面能剧增，引起扩散速率增加，更兼扩散路径变小.在有化学反应参与的烧结过程中，颗粒接触表面增加，增加反应的机率，加快了反应速率这些均引起烧结活化能变小，使整个烧结的速率加快，烧结温度变低，烧结时间变短.但是整个烧结过程中的晶粒长大亦即重结晶过程亦会加速，而烧结温度的降低和时间的缩短，会使重结晶过程减缓.这些相互促进和制约因素的作用，有必要加以重新认识和研究，以确立适应于超微颗粒烧结的动力学.

4.2纳米陶瓷的力学性能

4.2.1力学性能的改善

研究表明在材料基体中引入纳米分散相进行复合，可使材料的力学性能得到极大的改善。主要表现为大幅度提高了断裂强度及断裂韧性，材料的耐高温性能得到了明显的改善。图1为A1203/SiC纳米复合材料中SiC含量对复合陶瓷强度和韧性的影响[11]。图2表示Si3N4/SiC复合陶瓷强度和断裂韧性随纳米SiC含量的变化[12]。

图1 SiC含量对强度和韧性

的影响（A1203/SiC系统）

SiC(体积分数，下同)%<25%时均可使力学性能得到改善，同时材料的硬度、弹性模量和抗热震、抗高温性能均得到提高。新原皓一等在Si3N4纳米粒子中掺入25 % SiC纳米粒子，可将Si3N4纳米陶瓷的断裂韧性从4.5MPa?m1/2提高到6.5 MPa?m1/2，强度从850 MPa增加到1550MPa[16]。

4.2.2超塑性

超塑性是指在应力作用下产生异常大的拉伸形变而不发生破坏的能力。陶瓷材料是具有方向性的离子键和共价键的过渡键型，位错密度小，晶界难以滑移，使得陶瓷硬度大，脆性高，普通陶瓷材料在常温下几乎不产生塑性形变。只有当温度达到1000℃以上，晶质与晶界的热运动加速，陶瓷才具有一定的塑性。

最近研究发现，随着粒径的减少，纳米Ti02和Zn0陶瓷的形变率敏感度明显提高，主要是试样中气孔减少，可以认为这种趋势是细晶陶瓷所固有的。最细晶粒处的形变率敏感度大约为0. 04，表明这些陶瓷具有延展性，尽管没有表现出室温超塑性，但随着晶粒的进一步减小，这一可能是存在的。通过原子力显微镜发现纳米3Y -T7P陶瓷( 100nm左右)在经室温循环拉伸实验后，其样品的断口区域发生了局部超塑性形变，并从断口侧面观察到了大量通常出现在金属断口的滑移线。

4.2.3强化增韧机理

一般认为陶瓷具有超塑性应该具有两个条件：(1)较小的粒径；(2)快速的扩散途径(增强的晶格、晶界扩散能力)。目前已知的强化增韧机理大致可分为5种类型:弥散增韧、裂纹增韧、延性相增韧、陶瓷显微(晶须)增韧及相变增韧。根据新原皓一的研究[14]，认为纳米复合陶瓷的强化增韧主要通过以下几种效应得以实现:1）弥散相可有效抑制基质晶粒的生长及异常长大；2）存在于弥散相或弥散相周围的局部应力，是由基体与弥散相之间膨胀失配而产生，并在冷却阶段产生位错，纳米粒子钉扎或进入位错区使基体晶粒内产生潜晶界，晶粒发生细化而减弱了主晶界的作用；3）纳米级粒子周围的局部拉伸应力诱发穿晶断裂，并由于A1203硬粒子对裂纹尖端的反射作用而产生韧化；4）纳米粒子高温牵制位错运动，使高温力学性能如硬度、强度及抗蠕变性能得到改善。研究[15]通过对A1203/SiC纳米复合材料热压合成实验后认为:晶内粒子对裂纹的偏析和微裂纹及加工引起的压缩表面应力都不是强化增韧的主要机理断裂模式的改变，即从纯基体的沿晶断裂至复合材料的穿晶断裂，可能是使材料韧性增强的主要原因，穿晶断裂的发生与结构中存在的纳米化效应有关。