氧化铝具有良好的力学性能和耐高温能力,并且在地球上有着丰富的资源,是生产生活中最常用的陶瓷材料之一。与此同时,和其他陶瓷材料一样,氧化铝具有塑性变形能力差、断裂韧性差等缺点,吸引着科研工作者对其性能进行改进探究。本次工作中采用溶胶凝胶法制备出多孔的纳米氧化铝粉体,并采用高压烧结的方法,得到硬度和断裂韧性均显著提高的纳米晶氧化铝块体。在溶胶凝胶法制备氧化铝粉体的过程中,以九水合硝酸铝和柠檬酸为原料,以酒精为溶剂持续搅拌,并加入氨水调节pH值形成溶胶体系,经过陈化得到凝胶,之后将凝胶先200℃热处理再用行星式球磨机进行研磨,最后1100℃烧成α-Al₂O₃粉体。这种方法得到的氧化铝粉体颗粒尺寸在80～150 nm之间且分散性良好,并且在晶粒内部分布有20～50 nm的气孔。在上述工作的基础上,用这种多孔的纳米级α-Al₂O₃粉体在六面顶高压烧结设备上进行粉体的烧结实验。研究结果表明,这种多孔粉体在超高压下会发生破碎并伴随一定程度的塑性变形,在晶粒内部积累一些位错等缺陷和晶格畸变内应力。在一定的烧结压力和温度时,晶粒内部以某些碎晶为核心形成新的晶粒,同时晶粒内部的气孔也逐渐消失。本实验探索了在不同的压力和烧结温度下制备的块体的密度、硬度、断裂韧性等性能的变化规律,并制备得到了晶粒尺寸80 nm左右、维氏硬度26.6 GPa的透明的致密块体。值得一提的是,在6 GPa、800℃保温30 min的实验条件下制备得到了断裂韧性7.9 MPa·m^1/2,维氏硬度20.1 GPa的块体,其断裂韧性是普通纯氧化铝块体的2～3倍。通过微观结构和形貌的分析发现晶粒的内部有许多不规则大小的气孔,这些气孔可能是提高块体断裂韧性的重要原因。同时,晶粒内部的大量位错等缺陷一定程度上增强了块体的强度,弥补了气孔对块体硬度的不利影响,使块体的硬度能够维持在较高的水平。