氧化锆陶瓷掺杂稳定和增韧机制.pptVIP

氧化锆陶瓷掺杂稳定原理及其增韧机制;1什么是氧化锆陶瓷？;高纯的ZrO2呈白色，较纯的ZrO2呈黄色或灰色。 化学性能：ZrO2化学性能稳定，除硫酸和氢氟酸外，对酸、碱及碱熔体、玻璃熔体和熔融金属都具有很好的稳定性。 物理性能：热导率低、热稳定性好及高温蠕变小,是高温隔热及结构陶瓷的理想材料。极好的耐磨性 ZrO2的重要作用仅次于Al2O3。 ;2氧化锆的晶体结构和相变特性;? m相密度：5.65g/cm3， t相6.10g/cm3， c相6.20g/cm3。 烧结冷却时纯ZrO2发生t→m相变为无扩散相变，伴随产生约5％的体积膨胀和相当大的剪切应变约5％~7％； 加热时，由m→t相变，体积收缩。 加热、冷却过程中要发生晶型转变，引起体积效应（热缩、冷胀），易使制品开裂，其力学性质和抗热震能力都很差.......;4掺杂过程及掺杂产物 原料选择：为防止相变引起的开裂，通常在纯ZrO2中加入于它结构相似（立方晶型）和阳离子半径与Zr4+相近（半径差＜4%）的氧化物（CaO、MgO、Y2O3、CeO2和其他稀土氧化物）作稳定剂. 机理：在高温烧结时，它们将与ZrO2形成立方固溶体，冷却后仍能保持稳定的立方相固溶体，消除了单斜相与四方相的转变，没有体积效应，可避免ZrO2开裂。 FSZ:加入适量的c-ZrO2稳定剂，可在室温下获得c-ZrO2单相材料。经过这种稳定处理的ZrO2称为完全稳定氧化锆 PSZ:完全稳定的ZrO2力学性能低，抗热震性能差。如果减少加入氧化物的数量（小于上面的数值），不使全部氧化物都呈稳定的立方相，而使一部分一四方相的形式存在，所以叫做部分稳定氧化锆. ;TZP:当稳定的ZrO2陶瓷全部为t-ZrO2的单相多晶陶瓷时，叫四方氧化锆多晶陶瓷，用TZP表示。;氧化锆陶瓷的增韧原理;1. 应力诱导相变增韧: 实验证明：亚稳的四方相氧化锆相变成稳定的单斜相氧化锆，材料样品强度得到明显提高 原理：由于t-ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展从而提高了材料的强度和韧性。 过程：冷却过程中t- ZrO2→ m- ZrO2的相变将受到抑制。当裂纹受到外应力作用时可诱发t- ZrO2相变使之转化为单斜晶型。此时伴随着3－5％的体积膨胀和1－7％的剪切应变，并对基体产生压应力，使裂纹扩展受阻、主裂纹??深需要外力做功以增加能量。即在裂纹尖端应力场的作用下。形成晶粒相变、吸收能量、阻碍裂纹扩展的屏蔽区。提高了断裂能，使材料的断裂韧性提高;2. 微裂纹增韧:;3. 裂纹的弯曲和偏转增韧:;4. 表面强化增韧