近日，西安石油大学材料科学与工程学院钟玉洁副教授以第一作者、西安石油大学为第一单位分别在材料领域权威期刊《Acta Materialia》（IF 9.4）和复合材料权威期刊《Composite part B》（IF 13.1）上在线发表了题为“Seed-crystal-induced directional solidification toward Al2O3/(Y0.2Er0.2Yb0.2Ho0.2Lu0.2)3Al5O12/ZrO2 ternary eutectic ceramics”和“Insight into tuning of ZrO2 distribution and mechanical properties of directionally solidified Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2 eutectic ceramic composites”的研究文章。
氧化铝基陶瓷熔点高，硬度大，耐磨损，是一种极有前途的高温结构材料，但是传统的热压烧结法所制备的陶瓷存在非晶相、晶界等诸多晶体缺陷，大大降低了其在高温下的强度和断裂韧性，限制了其应用。针对上述问题，钟玉洁采用定向凝固技术成功制备了Al2O3/(Y0.2Er0.2Yb0.2Ho0.2Lu0.2)3Al5O12((5Re0.2)AG)/ZrO2三元单晶共晶低熵/高熵陶瓷。Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2共晶陶瓷由单晶相Al2O3、(5Re0.2)AG高熵相和c-ZrO2组成，三相相互渗透，犬牙交错。与Al2O3/YAG/ZrO2共晶陶瓷相比，(5Re0.2)AG高熵相的引入，改变了共晶陶瓷的各组元之间的界面取向关系，有效调节了增韧相c-ZrO2的形貌和分布，使其弥散均匀地分布在Al2O3、(5Re0.2)AG中，并以细圆棒的形式存在于两者之间。ZrO2分布均匀，以及高熵效应带来的组织细化，极大地提高了陶瓷的纳米/维氏硬度、弹性模量和断裂韧性等力学性能。该研究结果提供了一种结构材料中调变增韧相形貌和分布的方法。
Al2O3基单晶共晶陶瓷的力学性能具备各向异性。钟玉洁等人进一步采用籽晶诱导法，成功制备了具有不同择优生长方向和界面结构的Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2共晶陶瓷。其中Al2O3与蓝宝石籽晶择优方向一致。氧化铝与(5Re0.2)AG、c-ZrO2相之间的界面关系约束了(5Re0.2)AG、ZrO2相的择优取向。最终得到了择优取向和界面关系不同的Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2共晶陶瓷，其力学性能也取得显著提升。（通讯员：西安石油大学 郭荆）
