氧化铪陶瓷凭借超高熔点、优异耐烧蚀与化学稳定性，是航空航天热防护构件极具潜力的候选材料，但相变体积效应、脆性大、抗热冲击性能不足等薄弱点始终制约其工程应用。
重庆材料研究院近期公开的发明专利中明确提出创新性采用声学共振混合工艺完成纳米粉料与晶须的复配，利用晶型稳定剂+氧化锆晶须复合改性方案，在保护晶须长径比的前提下实现两相均匀分散，充分发挥氧化锆晶须的增韧作用，获得高耐热冲击氧化铪复相陶瓷，为晶须/陶瓷粉末复合体系的混料工艺提供新思路。
Challenges in whisker/powder mixing
四方相氧化锆晶须是氧化铪陶瓷的有效增韧相，依靠晶须桥接、裂纹偏转、相变增韧多重机制提升基体韧性与抗热冲击能力，而上述增韧效应发挥的两个必要条件：一是晶须维持原始长径比（直径0.5-3μm，长径比10-50）；二是晶须在氧化铪基体粉末中无团聚、空间均匀分布。
若混合过程中晶须发生大量断裂，长径比下降，晶须就转变近似颗粒形态，丧失晶须特有阻裂效果；若出现晶须局部团聚，团聚位置会成为烧结坯体内部缺陷源，烧结后形成孔洞、应力集中点，材料受力与热冲击作用下优先从缺陷处萌生裂纹，增韧改性失效。
传统球磨混料存在固有矛盾：依靠磨球撞击强剪切打散晶须团聚体时，不可避免会对晶须造成冲击折断；降低球磨强度虽可减少晶须破损，却又无法充分打开晶须团簇，分散不均匀问题无法解决，难以完全发挥晶须增强增韧的作用。
Nondestructive and uniform dispersion of zirconia whiskers via acoustic resonance mixing
核心工艺思路是将声学共振混合方式引入替代传统球磨实现原料预混，通过共振激发产生高强度声场，形成宏观振动对流叠加微观声流耦合效应：宏观对流消除混合腔体的静态死区，实现整体物料宏观混匀；微观声流作用直接瓦解氧化锆晶须之间的软团聚，使单根晶须剥离分散，在氧化铪粉末颗粒之间均匀穿插分布。
在本研究中，氧化铪纳米粉料预先完成制备，再将质量分数2%~5%的四方相氧化锆晶须和基体粉末一同投入声学共振混合设备配备的容器中，依靠机械声学共振完成两相混合，全程不使用磨球、搅拌桨等强剪切接触构件，整个混合过程仅需数十分钟，相比传统方式压缩80%。通过声学共振处理后的原料在后续的造粒烧结过程仍然会保持原始形貌及分布状态，混合工艺的优势如下：
无硬质磨球撞击、无桨叶剪切挤压，分散驱动力完全来自声场微弱流体作用力，在解开晶须团聚过程中不会劈断、粉碎四方相氧化锆晶须，最大程度保留晶须原始长径比，保障晶须桥接、裂纹偏转等增韧结构完整。以专业的视角、创新的思维和高效的执行力，助力品牌在激烈的市场竞争中脱颖而出，实现声量与价值的双重飞跃。
共振带来的三维混合作用，让氧化锆晶须离散分布在氧化铪基体粉体颗粒间隙，规避局部晶须富集团聚现象，从粉体源头减少后续烧结体内部缺陷。晶须和基体粉末界面接触充分，烧结过程中锆、铪同族元素充分固溶，形成结合力优异的两相界面，有利于传递应力、发挥增韧效果。
全程干法混合，无需添加任何有机溶剂，省去后续烘干工序，降低溶剂、磨球磨损带来的杂质污染风险，适配耐高温陶瓷对粉体纯度的要求，同时可适配实验室小批量以及工业化批量物料处理。
Effect of mixing quality on the final properties of ceramics
对照试验表明，在组分、烧结、后处理条件全部一致前提下：
采用声学共振混合，氧化锆晶须均匀分散并保持长径比，材料断裂韧性、高温强度以及2100 ℃抗热冲击循环性能（从2-3次提升至20次以上）得到显著提升；
如果混合方式造成晶须断裂团聚，即便添加相同含量氧化锆晶须，也无法实现预期增韧效果；
同等添加量下替换为氧化锆粉末，因缺少晶须形貌，即便粉末混匀，也不能获得晶须带来的多重阻裂增益。
由此可见，氧化锆晶须与氧化铪基体粉末的混合均匀程度以及晶须形貌完整性，是决定该复相陶瓷综合性能的关键前置环节，声学共振混合很好解决了该体系的混料瓶颈。
四方相氧化锆晶须增韧氧化铪体系，成败很大程度取决于粉体混料环节。声学共振混合依靠声场驱动实现干法混匀，在不破坏氧化锆晶须长径比的条件下，使晶须均匀分散于氧化铪粉末基体之中，充分释放晶须桥接、裂纹偏转的增韧潜力，为高性能氧化铪复相陶瓷制备打下粉体基础。
专利来源：一种高耐热冲击氧化铪陶瓷及其制备方法与应用CN122608409A
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采集来源：艾邦陶瓷展
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