氧化锆陶瓷(氧化锆增韧陶瓷)精要.pptVIP

1）相变增韧 ZrO2 颗粒弥散在其它陶瓷基体中，当基体对ZrO2颗粒有足够的正应力，而ZrO2的颗粒度又足够小，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温时ZrO2 仍可以保持四方相。当材料受到外应力时，基体对ZrO2 的压抑作用得到松弛，ZrO2 颗粒即发生四方相到单斜相的转变，并在基体中引起微裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量，达到增加断裂韧性的效果，这就是ZrO2 的相变增韧。 2）微裂纹增韧 部分稳定ZrO2 陶瓷在由四方相向单斜相转变，相变出现了体积膨胀而导致产生微裂纹。这样由ZrO2 陶瓷在冷却过程中产生的相变诱发微裂纹，以及裂纹在扩展过程中在其尖端区域形成的应力诱发相变导致的微裂纹，都将起着分散主裂纹尖端能量的作用。从而提高了断裂能，称为微裂纹增韧。 微裂纹增韧的机理：是ZrO2 弥散粒子由四方相向单斜相转化引起的体积膨胀，以及由之诱发的弹性压应变能或激发产生的微裂纹，阻碍了主裂纹的扩展或释放其能量，达到韧化提高强度的目的。 2、几种典型的ZrO2增韧陶瓷 通常的ZrO2 增韧陶瓷有：ZrO2- MgO，ZrO2- Al2O3，ZrO2- Y2O3，ZrO2- CaO，现在发展了ZrO2-CeO2，Y2O3- ZrO2-HfO2等。此外还有晶须(纤维)-ZrO2复合增韧陶瓷。 用氧化锆增韧的陶瓷材料的性能 材料 陶瓷基体 ZrO2增韧陶瓷 KIC 抗弯强度 KIC 抗弯强度 立方ZrO2 2.4 180 2~3 200~300 PSZ 6~8 600~800 TZP 7~12 1000~2500 Al2O3 4 500 5~8 500~1300 莫来石 1.8 150 4~5 400~500 尖晶石 2 180 4~5 350~500 堇青石 1.4 120 3 300 烧结Si3N4 5 600 6~7 700~900 3、ZrO2 增韧陶瓷研究发展趋势 未来对氧化锆及其增韧陶瓷材料的研究在继续致力于提高力学性能的同时，将通过改进工艺及设备、使用多元氧化物稳定剂、改进或设计显微结构、引入纳米级第二相粒子等手段，在以下几个方面进行研究： （1）高温增韧：现有相变增韧机理有极强的温度敏感性，在高温下的增韧作用受到了极大限制，特别是应力诱导相变增韧在高温区基本失效。因此，如何扩大现有机理的有效温度范围，寻求新的相变增韧机理，将是解决高温增韧问题的关键。 （2）中低温时效性：时效行为降低了增韧材料在使用过程中的可靠性和使用寿命，是氧化锆增韧陶瓷材料目前还没有大批量投入使用的主要原因之一。氧化锆在四方相稳定性得到提高的同时，断裂相变量却相应降低，失去了部分强度和韧性。因此，如何将增韧和克服时效行为统一起来，是氧化锆增韧陶瓷材料研究过程中的又一项重要课题。 （3）抗热震性：氧化锆增韧陶瓷材料在热机、航天等领域使用时对抗热震性要求较高，目前氧化锆增韧陶瓷材料尚不能达到这一要求。只有解决了抗热震性问题，氧化锆增韧陶瓷材料的优势才能在这一领域得到发挥。 （4）协同增韧：未来氧化锆增韧陶瓷材料将是多种增韧机理共同起作用的结果，因此相变增韧机理与其它机理间的交互作用，以及各种机理间产生协同增韧效应的条件，也将是未来的主要研究方向之一。 （5）纳米颗粒增韧：以往研究的复相陶瓷大多是微米复相陶瓷，即该类材料中各相晶粒尺寸均是微米级，第二相粒子主要分布在晶界上。从已有的报道看，第二相增韧颗粒从微米级减小到亚微米或纳米时，材料的性能往往会发生显著变化。纳米复相陶瓷便应运而生。因此，未来纳米级第二相增韧颗粒将是研究和发展的重点之一。 5.2 ZrO2陶瓷 一、 ZrO2的性质 二、 ZrO2的结晶形态和晶形转化 三、 ZrO2陶瓷制造工艺 四、 ZrO2的性能与应用 五、 ZrO2增韧陶瓷 1、ZrO2相变增韧机理 2、几种典型的ZrO2增韧陶瓷 3、ZrO2 增韧陶瓷研究发展趋势 一、ZrO2的性质 含锆的矿石，在自然界中主要有两种：斜锆石（ZrO2）和锆英石（ZrO2?SiO2）。ZrO2是由含锆矿石提炼出来的。 较纯的ZrO2粉呈黄色或灰色，高纯的ZrO2粉呈白色。ZrO2的密度为5.49g/cm3 ，熔点为2715℃ 。 二、 ZrO2的结晶形态和晶形转化 在不同温度下，以三种同质异形体(allomorphish)存在，即单斜晶系(monoclinie system，m- ZrO2)、四方晶系(taragonal system，t- ZrO2)、立方晶系(cubie system，c- ZrO2)。三种晶型的ZrO2密度为：单斜型为5.65g/cm3 ，四方型为6.10g/cm3 ，立方型为6.27g/cm3 。 其转化如下： 单斜ZrO2 四方ZrO2