氧化铝|氧化镧|氧化铈-氧化铈陶瓷复合刀具的开发

          陶瓷的迅速发展为许多工程应用引进了各种陶瓷复合材料。陶瓷复合材料的发展在很大程度上是由于基本陶瓷显微组织的改进，这就引起了显微组织增强陶瓷的开发。添加颗粒和晶须/纤维能够改善脆性陶瓷的断裂韧性，可能引起断裂韧性改善的机理是相变及伴生应力诱导相变增韧和微裂纹增韧、韧性增强、孪生和纤维/晶须增强。氧化铝（Al2O3）是一种特别重要的陶瓷材料，在技术上有很多用途。氧化铝具有硬度大、化学性质稳定、耐磨和熔点高等多种特殊性能。氧化铝陶瓷即便在高达1100℃的温度下也能维持其强度的90%。氧化铝在耐火材料、研磨剂、切削刀具、高温轴承及各种机械零件中都有广泛的应用。氧化铝具有不同的相，其中α-Al2O3是一种稳定相。除了热力学稳定的α-Al2O3或刚玉之外，氧化铝还有许多亚稳结构，像γ-Al2O3被广泛用作催化剂。刚玉或α-Al2O3具有六方晶胞。γ-Al2O3通常被认为是一种尖晶石次品，具有正方晶胞。氧化铈通常呈淡黄色，广泛用来研磨光学玻璃和工艺美术品，在玻璃生产中也用作褪色剂和清洗剂。氧化铈由于其在催化剂、固态氧化物燃料电池的电解质材料、高折射率材料和硅衬底绝缘层等方面的诸多用途，一直被进行着广泛的研究。与广泛用于切削刀具的传统氧化铝相比，氧化铈被认为是一种软质陶瓷材料。氧化铈也被用作一种稳定剂，可将氧化锆完全稳定在其正方相（t-相），即所谓的正方氧化锆多晶。

　　从γ-Al2O3向α-Al2O3相变的特点是表面积减少。氧化铈被用来防止α-氧化铝相变，有助于在温度高达1000℃的还原条件下有效地保持较高的表面积。氧化铝—氧化铈复合材料广泛应用于催化转化器。γ-Al2O3具有大的表面积，但由于相变能发挥有效作用的温度范围有限，Alessandro等人对CeO2含量为2%～25%的Al2O3/CeO2复合材料在不同气氛中的热稳定性和结构稳定性作过研究。据称，在氧化条件下氧化铈作为γ-Al2O3的稳定剂几乎完全失效，在还原条件下其效果则有明显的提高。在还原条件下Ce3＋（主要为CeAlO3）的形成能阻止晶体生长且能防止导致表面积减少的α-Al2O3的生成。Damyanova等人以不同的CeO2含量（在0.5～12wt.%范围内）制备了Al2O3/CeO2混合氧化物。将样品在500℃和800℃进行煅烧，并用不同的方法加以表征。试验表明，CeO2含量和煅烧温度不同，样品表面上形成的氧化铈种类不尽相同。CeO2含量高于6wt.%，则氧化铝表面形成纳米氧化铈，且氧化铈浓度较低时为非晶态。如果添加1wt.%CeO2, 氧化铝和氧化铈之间存在的强相互作用则导致表面类CeAlO3相的形成。Sayle等人研究过氧化铈涂层对氧化铝的影响，并对界面缺陷进行了分析。据称，界面氧空位对Al2O3界面CeO2单层不太稳定。据Holles等人报道，带有金属铂的氧化铝－氧化铈复合材料（Pd/CeOx/Al2O3和Rh/CeOx/Al2O3）被用作催化转化器，可清除汽车排放的一氧化碳、氮氧化合物及未燃烧的碳氢化合物等废气。也有报道称，氧化铈的存在可提高催化转化器的性能。Zhang等人以传统方法用CeO2、Al2O3及GdO2粉末制备了复合氧化物粉末，并在大气中于1550℃烧结5小时。对显微硬度和压痕断裂韧性进行的测定表明，Ce0.8Gd0.2O2陶瓷的威氏硬度为9.23GPa, 压痕断裂韧性为1.47MPam1/2。样品的Al2O3含量若高于10%，则硬度和断裂韧性均有显着的提高。