可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的制备技术及其研究现状与趋势

江 涛，韩慢慢，付 甲

(西安石油大学 材料科学与工程学院，陕西 西安 710065)

0 引言

陶瓷材料具有较高的力学性能、硬度，良好的耐磨损性能。由于陶瓷硬度较高，导致陶瓷的可加工性能较差且机械加工成本较高。所以，为了改善和提高陶瓷材料的可加工性能，需要向陶瓷中加入可加工相从而形成复相陶瓷。磷酸盐材料诸如LaPO4和CePO4具有良好的可加工性能。为了改善和提高陶瓷材料的可加工性能，可以将LaPO4和CePO4与Al2O3和ZrO2相复合制备可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料。可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料具有较高的力学性能和优良的可加工性能。可加工磷酸盐/氧化物陶瓷主要有Al2O3/LaPO4、Al2O3/CePO4、ZrO2/LaPO4、ZrO2/CePO4等复合材料。本文主要阐述可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的制备技术和研究发展现状，以及可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的物相组成、显微结构、力学性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能，以及可加工性能等。并对可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的未来发展方向和发展趋势进行分析和预测。

1 可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的制备技术

可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的制备工艺主要包括粉末冶金工艺、自蔓延高温反应合成工艺、原位反应自生法等。其中，粉末冶金工艺主要包括热等静压烧结工艺、热压烧结工艺、常压烧结工艺、放电等离子烧结工艺、热压反应烧结工艺、原位反应自生法等。

2 可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的研究发展现状

磷酸盐/氧化物复合陶瓷是由Al2O3、ZrO2和LaPO4、CePO4形成的复合物。其中，Al2O3/LaPO4、Al2O3/CePO4、ZrO2/LaPO4、ZrO2/CePO4复相陶瓷可用传统的硬质合金刀具进行加工。本文主要分析Al2O3/LaPO4、Al2O3/CePO4、ZrO2/LaPO4、ZrO2/CePO4复合材料的物相组成、显微结构、力学性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能，以及可加工性能等。并阐述稀土磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的研究发展现状和发展趋势。

2.1 Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料的研究发展现状

可以在氧化铝(Al2O3)陶瓷材料中添加磷酸镧(LaPO4)相复合形成可加工Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料。可加工Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料具有较高的力学性能和良好的可加工性能。Gong 等[1]研究了可加工Al2O3/LaPO4复合材料在N2气氛中的无压烧结制备工艺。在N2气氛中采用无压烧结制备了Al2O3/LaPO4复合材料；研究了烧结温度和烧结时间对Al2O3/LaPO4复合材料致密化过程的影响，以及LaPO4含量对Al2O3/LaPO4复合材料的力学性能和微观结构的影响。LaPO4含量为30wt.%的LaPO4/Al2O3复合材料可以使用硬质合金钻头进行机械加工。Min 等[2]研究了LaPO4/Al2O3复合材料的热学性能和力学性能，将LaPO4和Al2O3的混合物干压成圆盘或棒状。当样品在1600 ℃下、空气中烧结5 h 时，烧结试样的相对密度大于94 %，烧结试样的表观孔隙率小于6 %。研究发现，烧结工艺制备的LaPO4/Al2O3陶瓷是可以进行机械加工。这些烧结陶瓷样品可以使用传统的WC 硬质合金钻头进行钻孔。烧结工艺制备的LaPO4-Al2O3复合材料具有良好的热学性能和较高的力学性能。Zhang 等[3]研究了LaPO4/Al2O3微纳米复合陶瓷的研磨特性及去除机理。烧结工艺制备的LaPO4/Al2O3复合陶瓷采用平面磨床进行研磨实验。通过X 射线衍射(XRD)，透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分别表征了涂层粉末的物相组成和形态，以及陶瓷研磨表面的微观结构。其主要的破裂模式是在层状LaPO4的颗粒内。

Wang 等[4]研究了可加工Al2O3/LaPO4复合材料和梯度功能材料的制备和性能。系统研究了Al2O3-LaPO4复合材料体系的化学可比性，将梯度结构概念应用于可加工Al2O3-LaPO4复合陶瓷的设计。采用粉末分层和热压烧结工艺制备可加工Al2O3/LaPO4功能梯度材料并对其进行显微结构和性能表征。Wang 等[5]研究了可加工Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料的性能和微观结构。在Al2O3陶瓷基体中加入层状结构的LaPO4，以提高复合材料的可加工性能，不同的烧结温度分别为 1300 ℃、1400 ℃、1500 ℃、1600 ℃，制备不同的LaPO4含量的Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料。这些样品中主要包括纯 Al2O3，LaPO4含量分别为 10wt.%、20wt.%、30wt.%、40wt.%的Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料，以及纯的LaPO4。在这些样品的致密化过程中，对硬度和微观结构进行研究。X 射线衍射分析结果表明，烧结至1600℃时，在Al2O3/LaPO4复合材料中仅存在Al2O3和LaPO4相，而没有其他相存在。其中，LaPO4含量不同。Al2O3/LaPO4复合材料的体积密度、硬度、微观结构在很大程度上取决于LaPO4含量和烧结温度。由于LaPO4的层状结构、Al2O3和 LaPO4相之间的弱界面，Al2O3/40wt.%LaPO4复合材料可以使用硬质合金钻头进行机械加工。Wang 等[6]研究了热压烧结工艺制备可加工Al2O3/LaPO4复合材料的显微组织与力学性能。采用热压烧结法制备了Al2O3/LaPO4复合材料，并对其Al2O3/LaPO4复合材料的微观结构和力学性能进行研究。由于晶界扩散性和迁移率降低，层状LaPO4晶粒抑制了Al2O3/LaPO4复合材料的致密化过程和Al2O3的晶粒生长。与整体Al2O3相比，Al2O3/LaPO4复合体系具有窄而均匀的粒度分布。随着LaPO4含量的增加，这种趋势变得更加明显。由于在Al2O3和LaPO4之间形成弱结合界面，细小且均匀的微观结构没有改善断裂强度和弹性模量。添加40wt.%LaPO4并在1450 ℃下，烧结工艺制备的Al2O3/LaPO4复合材料的弯曲强度达到331 MPa 和维氏硬度达到4.69GPa。结果表明，引入层状结构LaPO4的界面分散相后，硬度显著降低从而导致可加工性能显著提高，氧化铝基体材料的可加工性能得到很大提高。

Wang 等[7]研究了LaPO4含量对Al2O3/LaPO4复合材料组织和切削性能的影响。根据磷酸镧(LaPO4)含量(10wt.%、20wt.%、30wt.%、40wt.%)的变化，研究了Al2O3/LaPO4复合材料的微观结构、力学性能和可加工性能。X 射线衍射分析表明，Al2O3/LaPO4复合材料中只有Al2O3和LaPO4相存在。在烧结温度(1600 ℃，2h)下LaPO4含量不同。Al2O3和LaPO4相的弱结合界面可能是降低硬度和改善复合材料的可加工性能的原因。LaPO4含量对Al2O3/LaPO4复合材料的体积密度，硬度和微观结构有显著影响。当LaPO4的含量增加至30wt.% 时，可以使用硬质合金钻头来对Al2O3/LaPO4复合材料进行机械加工。Wang 等[8]研究了可加工Al2O3/LaPO4功能梯度材料的设计、制造和表征，提出了一种基于分级结构概念的可加工陶瓷复合材料的新设计方法并应用于可加工Al2O3/LaPO4陶瓷的设计中。通过放电等离子烧结工艺在1350 ℃下，烧结3 min 制备Al2O3/LaPO4功能梯度材料，使用粉末分层方法改变LaPO4量的排列。Al2O3/LaPO4复合材料的可加工性能得到改善和提高，可归因于Al2O3/LaPO4弱结合的形成和层状结构LaPO4的加入。独石型LaPO4具有优异的解理面，易于加工取决于晶体互锁的程度。因此，LaPO4晶体含量和它们的纵横比影响可加工性能。这种设计可以提高复合材料的可加工性能，同时可以使Al2O3陶瓷的力学性能小幅降低。使得Al2O3/LaPO4复合材料在具有良好的可加工性能的前提下，具有较高的力学性能。

Badolia 等[9]研究了LaPO4含量对Al2O3的可加工性能、微观结构和生物学性能的影响，将合成的LaPO4与10wt.%、20wt.%、30wt.%、40wt.%和50wt.%的煅烧氧化铝混合，并将混合的组合物在1500 ℃、1550 ℃和1600 ℃下压制和烧结。烧结产品的物相分析发现，添加LaPO4可赋予氧化铝陶瓷机械加工性能，在微观结构中观察到良好的 LaPO4颗粒分布。Badolia 等[10]研究了活性Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料作为可加工生物陶瓷。采用反应合成技术制备的市售活性氧化铝和纯磷酸镧(LaPO4)通过烧结工艺制备了Al2O3/LaPO4复合材料。LaPO4含量在10wt.%和50wt.%之间变化，烧结工艺在1400 ℃和1600 ℃之间进行。对经过烧结工艺得到的Al2O3/LaPO4烧结复合材料的物相分析、致密化过程、强度、可加工性能、微观结构进行表征，发现 LaPO4的添加降低了Al2O3/LaPO4复合材料的致密化程度和强度值。但是，Al2O3/LaPO4复合材料具有良好的可加工性能。Wang 等[11]研究了可加工Si3N4/h-BN 陶瓷复合材料和Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料，设计和制造并表征了可加工Si3N4/h-BN 复合材料和Al2O3/LaPO4复合材料。Zhu 等[12]研究了Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料的微观结构。在Al2O3陶瓷基体中加入层状结构的LaPO4，提高了Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料的可加工性能。研究了Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料在不同烧结温度(1450 ℃、1520 ℃、1580 ℃、1700 ℃)和不同LaPO4含量(主要包括纯Al2O3，LaPO4含量分别为30%、50%、70%)的Al2O3/LaPO4陶瓷复合材料，以及纯LaPO4的微观结构。Al2O3/LaPO4复合材料的微观结构在很大程度上取决于LaPO4含量和烧结温度。Al2O3/LaPO4复合材料具有较高的力学性能和良好的可加工性能。

Zheng 等[13]研究了Al2O3/LaPO4复合材料的新制备工艺和结构。在Al2O3陶瓷基体中加入LaPO4，可提高复合材料的可加工性能。与传统制备Al2O3/LaPO4复合材料的方法不同是其介绍了涂层方法。通过非均相沉淀法合成了LaPO4涂覆的α-Al2O3粉末，在1600 ℃下无压烧结2 h，烧结成Al2O3/LaPO4复合材料。根据LaPO4含量(10wt.%、20wt.%、30wt.%、40wt.%)的变化，提出Al2O3/LaPO4复合材料的物相组成和微观结构。从透射电镜(TEM)图像可以看出：涂覆的粉末具有透明的核——壳结构，并且涂层的厚度约为5 nm。X 射线衍射分析表明：Al2O3/LaPO4复合材料中仅存Al2O3和LaPO4相，表明Al2O3和LaPO4相之间具有良好的化学相容性。采用扫描电镜研究了 Al2O3/LaPO4复合材料的微观结构，烧结后涂层结构变得不易识别。随着LaPO4添加量的增加，在Al2O3/LaPO4复合材料中明显观察到层状和纤维状LaPO4。LaPO4通过在Al2O3晶界处分布来抑制Al2O3的晶粒生长。Al2O3/LaPO4和层状软LaPO4相的弱界面可以改善和提高复合材料的可加工性能。

Badolia 等[14]研究了用于生物医学应用的含磷酸镧的可加工氧化铝陶瓷。采用两种商业级氧化铝和合成制备的磷酸镧制备Al2O3/LaPO4盐复合材料。通过改变10wt.%至50wt.%的LaPO4含量来制备复合材料，将混合粉末在1400 ℃和1600 ℃之间压制并烧结制备复合材料。研究了烧结产品的显微结构表征以及各种性能。物相组成分析证实：不同烧结温度分别存在Al2O3和LaPO4相，并发现烧结温度和引入LaPO4含量对于改善和提高氧化铝陶瓷的可加工性能是非常重要的。Wang 等[15]研究了LaPO4粉末的合成与烧结及其应用。采用氧化镧与磷酸的直接固液反应，以La∶P=1∶1 合成了LaPO4粉体。通过在高于600 ℃的温度下，煅烧原料粉末可以获得纯相和细晶粒尺寸的LaPO4粉末。研究了在各种温度下煅烧LaPO4粉末的相类型、晶粒尺寸和形态。通过SEM 和TEM分析研究了合成粉末烧结的 LaPO4陶瓷和Al2O3/LaPO4复合材料的微观结构，观察到层状晶体结构和LaPO4晶粒内部以及Al2O3/LaPO4复合材料界面处的大量位错。低硬度、多位错和位错网络表明，层状LaPO4陶瓷具有优异的可加工性能，制造并表征了具有弱结合界面的可加工Al2O3/LaPO4复合材料。

龚国良等[16]研究了低温燃烧合成Al2O3/LaPO4复合粉体及其陶瓷性能研究。以Al(NO3)3、LaPO4和柠檬酸为原料，通过低温燃烧合成法合成了Al2O3/LaPO4复合粉末。热压烧结制备的Al2O3/LaPO4复合材料的相对密度为98.5 %。Al2O3/LaPO4复合材料具有较高的弯曲强度和断裂韧性。Sujith 等[17]研究了基于LaPO4的复合耐火材料的烧结和抗热震性能。独石型稀土磷酸盐(REPs)是低导热率(＜5W·m-1·K-1)的高温稳定多晶陶瓷。由于其层状结构和延展性而具有独特的耐损伤性。LaPO4因与Al2O3和ZrO2的低反应性而成为许多REP 中候选陶瓷。纯LaPO4相的抗蠕变性差，在高温下机械强度低，显微硬度低(＜4GPa)。这些不良的工程特性限制了LaPO4作为耐火材料的潜在用途。在这项工作中，研究了Al2O3/LaPO4陶瓷的常规烧结以及LaPO4对Al2O3陶瓷纳米复合材料的抗热震性作用。Tomaszewski 等[18]研究了高耐故障性的多层陶瓷复合材料，使用流延成型技术制备了Al2O3/LaPO4的多层复合材料。将生坯在氩气气氛下、于1280℃进行热压。研究几何因素对多层复合材料力学性能的影响，发现层状复合材料的断裂功高达1100 J/m2。

2.2 Al2O3/CePO4陶瓷复合材料的研究发展现状

可以向Al2O3陶瓷材料中添加CePO4相复合形成可加工Al2O3/CePO4陶瓷复合材料。其具有较高的力学性能和良好的可加工性能。Suzuki 等[19]研究了具有窄孔径分布的均匀多孔Al2O3/LaPO4复合材料和 Al2O3/CePO4复合材料。通过RE2(CO3)3·xH2O(RE=La 或Ce)1100 ℃反应烧结2 h，成功地合成了孔径分布窄于200 nm 的多孔Al2O3/20vol%LaPO4和Al2O3/20vol%CePO4复合材料。添加LiF 的Al(H2PO4)3和Al2O3，与先前报道的UPC-3Ds 具有三维网络结构的均匀多孔复合材料。例如：CaZrO3/MgO 系统相似，起始材料中的分解气体形成了孔隙率约为40 %的均匀开放的多孔结构。X 射线衍射、31P 幻角旋转核磁共振、扫描电镜和水银孔隙率法揭示了多孔复合材料的结构。Majeed 等[20]研究了LaPO4增强Al2O3陶瓷的表征和加工。将LaPO4和CePO4添加到Al2O3基体中。研究了含有不同LaPO4含量对Al2O3/LaPO4复合材料的显微结构、力学性能和可加工性能的影响；研究了含有不同CePO4含量对Al2O3/CePO4复合材料的显微结构、力学性能和可加工性能的影响。

2.3 ZrO2/LaPO4陶瓷复合材料的研究发展现状

可以向ZrO2陶瓷材料中添加LaPO4相复合形成可加工ZrO2/LaPO4陶瓷复合材料。其具有较高的力学性能和良好的可加工性能。Min 等[21]研究了烧结工艺制备的可加工LaPO4/ZrO2复合材料的热学性能和力学性能。采用湿法沉淀和机械化学反应方法合成了独石型LaPO4。将LaPO4/ZrO2的混合物干压至圆盘或板上，并在100 MPa 下冷等静压10 min，然后在1500 ℃—1600 ℃的温度下分别在空气中烧结1 h、3 h 和5 h，实现了复合材料的相对密度大于96.8 %。研究发现这些LaPO4含量比例大于25 %的复合材料和单相LaPO4是可加工的。烧结工艺制备的LaPO4/ZrO2复合材料可以使用传统的碳化钨加工工具进行切割和钻孔。通过在640 rpm 下，向钻头施加49 N 的固定载荷来测量钻孔速率。X 射线衍射结果表明：至少在1600 ℃空气中LaPO4不与ZrO2反应。研究了烧结工艺制备的LaPO4/ZrO2复合材料的线性热膨胀系数、热导率、弯曲强度和杨氏模量。Hajian Foroushani 等[22]研究了等离子喷涂 YSZ 和YSZ/LaPO4可穿透热障涂层的孔隙率分析和氧化行为。研究了四种可磨耗热障涂层由微米和纳米结构的YSZ(氧化钇稳定氧化锆)、YSZ-10%LaPO4、YSZ-20 %LaPO4涂层组成。这些涂层由大气等离子喷涂工艺制备，并对制备方法进行了评估。研究了四种可磨耗热障涂层的高温氧化行为、孔隙率和微观结构。结果表明：含有LaPO4的涂层中孔隙率的体积百分比高于单相YSZ(氧化钇稳定氧化锆)样品。这可能是由于LaPO4相的导热系数较低所致。此外，结果表明：YSZ/LaPO4复合涂层中剩余孔隙的量高于单相YSZ。在经过1000 ℃、120 h 等温氧化后，复合涂层中热生长氧化物层的厚度高于YSZ 涂层，因为复合涂层具有较高的孔隙率和耐烧结性能。最后研究了常规YSZ 和纳米结构YSZ 涂层的等温抗氧化性能。

Zhou 等[23]研究了液态前驱体渗透法制备可加工Y-TZP/LaPO4复合陶瓷。将LaPO4液体前驱体渗透到 Y-TZP 多孔陶瓷中，制备了可加工的Y-TZP/LaPO4复合陶瓷。添加30vol %石墨制备具有35vol %开孔体积的烧结Y-TZP 陶瓷。通过渗透和热解循环获得含有不同 LaPO4含量的Y-TZP/LaPO4复合陶瓷。研究了Y-TZP/LaPO4复合材料的可加工性能和力学性能。结果表明含有2.3vol%至7.5vol %LaPO4的可加工Y-TZP/LaPO4复合陶瓷具有良好的机械加工性能和较高的力学性能。赵英娜等[24]利用压痕—淬冷法研究LaPO4-ZrO2复合陶瓷材料的抗热震性能。测定了不同LaPO4含量的LaPO4-ZrO2复合陶瓷材料的抗热震性能。通过扫描电镜(SEM)观察不同温度下热震后的裂纹扩展模式。结果表明：1550 ℃烧结的LaPO4-ZrO2复合陶瓷中，LaPO4的体积含量为20vol %，临界热震温度差(ΔTc)约为400 ℃，比纯氧化锆陶瓷高约150 ℃。LaPO4-ZrO2复合材料具有良好的抗热震性能。周振君等[25]研究了液相浸渗法制备Y-TZP/LaPO4可加工复相陶瓷。并研究了采用液相浸渗法制备的Y-TZP/LaPO4可加工复相陶瓷的制备工艺、物相组成、显微结构、力学性能以及可加工性能。研究表明：Y-TZP/LaPO4可加工复相陶瓷具有较高的力学性能和良好的可加工性能。

Kuo 等[26]研究了含磷酸钇和含磷酸镧氧化锆复合材料的显微组织和力学性能评价。研究了烧结工艺制备的可加工LaPO4/ZrO2复合陶瓷材料的制备工艺、物相组成、显微结构、力学性能、可加工性能。研究表明：LaPO4/ZrO2复合陶瓷具有良好的可加工性能。Zhang 等[27]研究了新型LaPO4/YSZ 双陶瓷层热障涂层的热循环和热腐蚀行为。LaPO4粉末采用化学共沉淀和煅烧方法生产。该陶瓷显示出独石结构在1400 ℃下保持稳定相100 h，具有低导热率。通过等离子喷涂制备LaPO4/Y2O3部分稳定的 ZrO2(LaPO4/YSZ)双陶瓷层热障涂层。热循环测试表明：LaPO4/YSZ 双陶瓷层热障涂层的散裂最初发生在LaPO4涂层中。失效模式类似于许多新开发的热障涂层，可能是由于陶瓷材料具有较低的断裂韧性。LaPO4/YSZ 双陶瓷层热障涂层对V2O5腐蚀具有很强的抵抗力。

Li 等[28]研究了ZrO2/LaPO4复合材料的微观结构、力学性能和抗热震性能。制备了不同LaPO4含量为0—30vol %的4YSZ-LaPO4复合材料。研究了LaPO4含量对ZrO2-LaPO4复合材料的显微组织、力学性能和抗热震性能的影响。随着独石型LaPO4含量的增加，4YSZ-LaPO4复合材料的维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性逐渐降低，而抗热震性能明显提高。结果表明：在空气中淬火时，4YSZ/30vol %LaPO4复合材料的临界热震温度差(ΔTc)为1400 ℃，比整体式4YSZ 高400 ℃。4YSZ-LaPO4复合材料抗热震性能的提高主要因为断裂韧性与抗弯强度的比值较高以及ZrO2和LaPO4之间弱结合界面处的裂纹偏转和桥接导致。Li 等[29]研究了采用压痕技术评价致密氧化锆基复合材料的抗热震性能。采用基于维氏裂纹扩展的压痕—淬火法，对含有 0vol %、15vol %、30vol %LaPO4的3Y-TZP/LaPO4复合材料的抗热震性能进行了评价。初步研究了LaPO4粒子尺寸对3Y-TZP/LaPO4复合材料抗热震性能的影响。结果表明：900 ℃烧结含有 15vol %LaPO4的3Y-TZP/LaPO4复合材料在水淬条件下，表现出更好的抗裂纹扩展和抗热震性能。较大粒度或较高含量的LaPO4会降低3Y-TZP/LaPO4复合材料的抗热震性能，通过抗热震性能参数的计算给出了抗热震性能差异的解释。

Li 等[30]研究了LaPO4粒径对ZrO2陶瓷抗热震性能的影响。研究了不同粒径含 LaPO4的ZrO2/LaPO4复合材料的抗热震性能。对显微组织、力学性能和热震参数进行了评估和讨论。根据理论计算的热震值和实验结果表明，含LaPO4的复合材料在1100 ℃煅烧1 h 时，具有更强的抗热震破坏性。Mezentseva 等[31]研究了溶胶—凝胶法合成前驱体并制备基于LaPO4添加Y2O3和ZrO2的陶瓷复合材料。通过溶胶—凝胶技术合成了纳米粉末作为前驱体。通过常规烧结工艺制备LaPO4-Y2O3和LaPO4-ZrO2陶瓷复合材料。溶胶—凝胶技术基于使用逆沉淀或逆絮凝技术分别合成LaPO4·nH2O、Y(OH)3和ZrO(OH)2组分作为溶胶的方法，通过随后在1000 ℃、1200 ℃和1300 ℃下、保温24 h，烧结这些组合物来制备陶瓷复合材料，发现维氏显微硬度取决于烧结温度。讨论了氧化钇和氧化锆的添加对粉末分散性、热性能、比表面积、复合材料陶瓷断口表面，以及开孔率的影响。Li 等[32]研究了LaPO4/ZrO2的显微结构和抗热震性能。LaPO4/ZrO2复合材料是通过流延成型和在空气中进行无压烧结而制备的，解决了添加LaPO4对复合材料显微组织和抗热震性的影响。通过空气淬火和三点弯曲试验评估复合材料的抗热震性能以确定强度降低。使用不添加LaPO4的ZrO2陶瓷进行平行实验的结果进行了比较。当从470 ℃热淬火时，参比ZrO2陶瓷显示出预期的强度降低。相比之下，LaPO4/ZrO2陶瓷虽然相对于参比ZrO2陶瓷显示出的强度降低，但在抗热震条件下却显示出最小程度的强度降低。

Shijina 等[33]利用沉淀—肽合成法处理的LaPO4/ZrO2陶瓷纳米复合材料的导热系数非常低。采用了涉及沉淀—肽化机理的湿化学合成方法来开发LaPO4/ZrO2纳米复合材料，其ZrO2含量在5 wt.%—20wt.%的范围内变化。与正磷酸的沉淀反应过程中以纳米原纤维形式形成的化学计量的LaPO4，随后在pH2胶溶后转化为宽度约10 nm、长度小于100 nm 的纳米棒。氧化锆分散体通过氨氧化三氯氧化锆作为超细颗粒被均匀地掺入。对于在1600 ℃下烧结的LaPO4-10wt.%ZrO2纳米复合材料，可以将由此获得纳米复合材料烧结体致密度达到大于98%。对于LaPO4-20wt.%ZrO2纳米复合材料，向LaPO4中添加ZrO2阻碍了致密化，并且抑制了高达50%的晶粒生长。此外与单相LaPO4相比，纳米复合材料的导热系数值非常低(1 W·m-1·K-1)，LaPO4和ZrO2在高温下不发生反应。LaPO4/ZrO2的低热导率值使其对高温绝热应用有效。徐旭东等[34]研究了LaPO4/Y-ZrO2陶瓷复合材料的力学性能和切削性能。通过扫描电镜(SEM)和力学性能实验机研究了LaPO4/Y-ZrO2陶瓷复合材料的力学性能、可塑性和加工机理。结果表明：LaPO4的增加导致LaPO4/Y-ZrO2陶瓷复合材料的可加工性提高和力学性能下降。加入30%LaPO4可以改善LaPO4/Y-ZrO2陶瓷复合材料的力学性能，并可对LaPO4/Y-ZrO2陶瓷复合材料进行机械加工。

2.4 ZrO2/CePO4陶瓷复合材料的研究发展现状

可以向ZrO2中添加CePO4相复合形成可加工ZrO2/CePO4陶瓷复合材料。其具有较高的力学性能和良好的可加工性能。Zi 等[35]研究了CePO4涂层包覆ZrO2陶瓷的制备及其力学性能。通过共沉淀法合成了 ZrO2-3mol %Y2O3(3Y-TZP) 包覆CePO4，研究了CePO4含量和烧结温度对其力学性能的影响。分别使用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)以及X 射线衍射(XRD)对产物的微观结构和物相组成进行了表征。当CePO4含量为25wt.%时，CePO4涂层包覆的ZrO2的可加工性能指数经过计算为1.05。当烧结温度为1400 ℃时，样品的维氏硬度为7.08 GPa、弯曲强度为457.85 MPa、断裂韧性为 9.75 MPa·m1/2。结果表明：制备的CePO4涂层包覆3Y-TZP 陶瓷是非常适合应用的生物材料。Zhou 等[36]研究了液体前驱体渗透法制备可加工Ce-TZP/CePO4复合陶瓷。采用新工艺制备Ce-TZP/CePO4复合陶瓷，即将CePO4液体前驱体渗透到Ce-TZP 多孔陶瓷中。通过添加30vol%的石墨来开发具有35vol%开孔体积的烧结Ce-TZP陶瓷预制件。通过渗透和热解循环获得含有不同CePO4含量的Ce-TZP/CePO4复合陶瓷，研究了其可加工性能和力学性能。结果表明：Ce-TZP/CePO4复合陶瓷可以使用传统的碳化钨加工工具进行切割和钻孔。采用测量磨削力比较这些材料的加工容易程度。可加工Ce-TZP/ CePO4复合材料含有2vol%—7.5vol%CePO4，具有良好的机械加工性能和较高的力学性能。并且研究和讨论了Ce-TZP/CePO4复合材料的微观结构与力学性能之间的关系。

Xu 等[37]研究了参数对CePO4/ZrO2可加工陶瓷微观结构的影响，将CePO4粉末加入到ZrO2粉末中以制备复合粉末。实验采用两种分散方法(包括机械混合法和多相悬浮液絮凝法)制备复合粉末。通过机械混合方法制备的复合粉末分别在1450 ℃、1550 ℃、1600 ℃条件下烧结。扫描电镜(SEM)结果表明：在1550 ℃烧结的样品微观结构优于其他样品。Yu 等[38]研究了Ce-ZrO2/CePO4陶瓷的可加工特性。制备了Ce-ZrO2和独石型CePO4的两相混合物Ce-ZrO2/CePO4陶瓷。进行钻削和研磨实验来研究Ce-ZrO2/CePO4陶瓷的加工特性。用扫描电镜观察陶瓷的加工表面和钻头的磨损表面。在Ce-ZrO2/CePO4陶瓷机械加工表面观察到CePO4晶粒的穿晶断裂，ZrO2与CePO4晶粒之间的沿晶断裂，以及陶瓷的韧性变形。随着CePO4比例增加，复合材料的钻孔材料去除率增加。实验结果表明：Ce-ZrO2/CePO4陶瓷的弱界面和性能对材料去除和可加工性能有影响。邱世鹏等[39]研究了CePO4/Ce-ZrO2可加工陶瓷材料的加工机理。以不同含量的第二相CePO4颗粒为可加工相与Ce-ZrO2陶瓷材料为基体形成CePO4/Ce-ZrO2复合陶瓷材料，通过扫描电镜分析压痕裂纹和切削表面，研究了CePO4/Ce-ZrO2复相陶瓷材料的可加工机理。刘志锋等[40]研究了一种新型可加工Ce-ZrO2/CePO4复合陶瓷材料的可加工性能、制备工艺、力学性能。结果表明：在载荷作用下，弱界面处易形成微裂纹。在加工过程中主要去除材料，实现Ce-ZrO2/CePO4复合陶瓷材料可以使用金属加工工具进行机械加工。

3 可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的显微结构和性能总结

目前，可加工磷酸盐/氧化物陶瓷主要有Al2O3/LaPO4、Al2O3/CePO4、ZrO2/LaPO4、ZrO2/CePO4等复合材料。其中，Al2O3和ZrO2陶瓷材料是基体，而LaPO4和CePO4是可加工相。文献资料研究结果表明：可加工相LaPO4和CePO4均匀地分布在Al2O3和ZrO2基体中。由于LaPO4和CePO4的力学性能较低，可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的力学性能随着可加工磷酸盐 LaPO4和CePO4的加入量增加而逐渐降低；复相陶瓷的密度和相对密度、抗弯强度和断裂韧性、弹性模量和维氏硬度随着磷酸盐含量的增加而逐渐降低。但是，维氏硬度的降低将显著提高复相陶瓷的可加工性能。所以，磷酸盐/氧化物陶瓷的可加工性能随着磷酸盐含量的增加而逐渐增强。同时，可加工磷酸盐/氧化物陶瓷也具有较高的抗热震性能。

4 可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的未来发展趋势

可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料具有较高的力学性能、良好的耐磨损性能以及优良的可加工性能，是主要的研究发展方向。目前，磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料主要有 Al2O3/LaPO4、Al2O3/CePO4、ZrO2/LaPO4、ZrO2/CePO4等复合材料。磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的未来研究方向首先需要研究和开发新型复合材料；研究和开发新型的稀土磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料，可加工相为LaPO4、基体相为Al2O3和ZrO2与其他陶瓷形成的复合材料。例如：制备Al2O3-Si3N4/LaPO4、Al2O3-SiC/LaPO4、Al2O3-AlN/LaPO4、Al2O3-TiC/LaPO4、ZrO2-ZrB2/LaPO4、ZrO2-ZrN/LaPO4、ZrO2-ZrC/LaPO4等复合材料。还可以研究可加工相为CePO4、基体为Al2O3和ZrO2与其他陶瓷形成的复合材料。例如：制备Al2O3-Si3N4/CePO4、Al2O3-SiC/CePO4、Al2O3-AlN/CePO4、Al2O3-TiC/ CePO4、ZrO2-ZrB2/CePO4、ZrO2-ZrN/CePO4、ZrO2-ZrC/CePO4等复合材料。并积极研究稀土磷酸盐/氧化物陶瓷材料在工程领域的应用。

5 可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料需要着重研究和发展的领域和方向

可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料具有较高的力学性能、良好的耐磨损性能和可加工性能、较高的抗高温氧化性能。但是，磷酸盐/氧化物陶瓷材料还需要在以下方面进行研究和发展。

（1）可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的力学性能有待进一步改善和提高。由于加入LaPO4相和CePO4相，导致可加工磷酸盐/氧化物陶瓷的力学性能显著降低。所以，需要改善和提高可加工磷酸盐/氧化物陶瓷的力学性能。在不影响可加工性能的前提下，陶瓷基体在制备过程中添加少量的陶瓷颗粒、晶须和短纤维等，这些增强相会显著提高复相陶瓷的力学性能。此外，还可以制备纳米复相陶瓷。

（2）需要对可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料在工程领域的实际应用进行研究和探索。由于可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料可能应用到耐磨损工程领域、耐腐蚀工程领域、耐高温工程领域，研究可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的耐磨损性能、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能显得非常重要。

（3）对可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料进行表面改性和表面硬化与强化处理，提高表面硬度和耐磨损性能。由于向氧化物陶瓷基体中加入硬度较低的LaPO4相和CePO4相，导致可加工磷酸盐/氧化物陶瓷的硬度和耐磨损性能显著降低。所以，需要将磷酸盐/氧化物陶瓷进行机械加工制成零部件后，再进行后处理工艺提高复相陶瓷的表面硬度和耐磨损性能。

6 结论与展望

可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料具有较高的力学性能、良好的耐磨损性能、耐腐蚀性能，以及较高的抗高温氧化性能，同时还具有优良的可加工性能。可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料是目前可加工陶瓷材料的主要研究和发展方向。可加工磷酸盐/氧化物陶瓷主要有Al2O3/LaPO4、Al2O3/CePO4、ZrO2/LaPO4、ZrO2/CePO4等复合材料。并对可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的未来研究和发展趋势进行分析和预测：(1)可加工磷酸盐/氧化物陶瓷的未来研究方向首先需要研究和开发行新型复合材料，增加基体相的种类并扩大基体相的范围，研究和开发新型的稀土磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料。研究新型的制备工艺，降低制备成本。(2)需要改善和提高可加工磷酸盐/氧化物陶瓷的力学性能。在不影响可加工性能的前提下，陶瓷基体在制备过程中添加少量的陶瓷颗粒、晶须和短纤维等，这些增强相显著提高复相陶瓷的力学性能。(3)研究可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的耐磨损性能、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能，并积极研究和开发可加工稀土磷酸盐/氧化物陶瓷材料在工程领域中的应用。