增韌氧化鋯陶瓷的發(fā)展趨勢以及存在問題

陶瓷材料在應(yīng)用中的致命弱點(diǎn)是其脆性，增韌氧化鋯陶瓷被給予了更多關(guān)注，下面科眾陶瓷廠給大家分析下增韌氧化鋯陶瓷日后的發(fā)展趨勢以及存在的一些問題。

氧化鋯陶瓷的相變有體積變化和形狀改變，通常出現(xiàn)剪切形變。新相與舊相共用的界面保持嚴(yán)格的位相關(guān)系，在1000℃左右發(fā)生的四方單斜相變，體積膨脹率3%到7%，純度高的氧化鋯材料更加明顯，如果用此種變體來制作陶瓷，容易碎裂。因此，要考慮用于穩(wěn)定相的穩(wěn)定劑的種類與劑量的加入，由于體積膨脹產(chǎn)生裂紋，一般制造純氧化鋯燒結(jié)體是很困難的。
 

應(yīng)力誘導(dǎo)相變對溫度的敏感性導(dǎo)致氧化鋯的穩(wěn)定性隨溫度升高而增高，相變韌性失效，致使強(qiáng)度和韌性急劇下降，這一缺陷使得增韌氧化鋯陶瓷在高溫環(huán)境下的應(yīng)用受到限制。復(fù)合化是解決此問題的有效途徑。所選增韌相主要為高強(qiáng)度高模量的晶須，片晶，纖維以及顆粒。

氧化鋯陶瓷爪

其中最早嘗試的是碳化硅晶須，這類復(fù)合材料的強(qiáng)度和斷裂韌性取決于氧化鋯的穩(wěn)定程度，晶須含量和性能以及晶須和基本界面的結(jié)合強(qiáng)度。

適當(dāng)控制穩(wěn)定劑Y2O3的含量，并選擇性能優(yōu)良的晶須，有效控制殘余熱應(yīng)力和界面結(jié)合力。適當(dāng)控制穩(wěn)定劑Y2O3的含量，并選擇性能優(yōu)良的晶須，有效控制殘余熱應(yīng)力和界面結(jié)合力[如在碳化硅晶須表面進(jìn)行Al203、莫來石涂層處理，可使1 5％(體積分?jǐn)?shù))碳化硅／TZP復(fù)合材料的室溫強(qiáng)度由無涂層的700MPa分別提高至1000MPa和1450MPa，能使復(fù)合材料中晶須補(bǔ)強(qiáng)與相變增韌產(chǎn)生協(xié)同增韌的效果，提高增韌補(bǔ)強(qiáng)效果。

在這類復(fù)合材料中，晶須增韌主要機(jī)制為裂紋偏轉(zhuǎn)、晶須橋聯(lián)、界面解離、晶須拔出以及應(yīng)力按模量轉(zhuǎn)移等。晶須在產(chǎn)生以上增韌作用的同時，還將和相變增韌發(fā)生協(xié)同作用，晶須的橋聯(lián)增韌和裂紋偏轉(zhuǎn)增韌將延長裂紋擴(kuò)展長度，使可相變體積分?jǐn)?shù)增大，同時相變增韌產(chǎn)生的體積膨脹加強(qiáng)了晶須／基體界面結(jié)合，有利于載荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。

利用SiC晶須與TZP復(fù)合雖然取得了較好的效果，但由于SiC與TZP的熱失配在基體中產(chǎn)生較大的應(yīng)力．使室溫強(qiáng)度下降，加之晶須的毒性及在基體中的分散不均勻，使這種方法受到了一定的限制。

于是，人們嘗試用高強(qiáng)度、高彈性模量的剛性顆粒如SiC、Al203等用于與TZP復(fù)合。Ding|通過對20％(體積分?jǐn)?shù))碳化硅和TZP復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn)，盡管由于SiC的較低的熱膨脹系數(shù)和較高的彈性模量降低了t—Zr0。的可相變體積分?jǐn)?shù)，削弱了相變效應(yīng)，但SiC顆粒對裂紋的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)使材料的韌性提高。在1000℃時單相釔穩(wěn)定氧化鋯的強(qiáng)度只有室溫的13%，但碳化硅/TZP的強(qiáng)度是室溫的31%。

利用碳化硅晶須，氧化鋁片晶與TZP復(fù)合使材料的韌性的道理改善。裂紋偏轉(zhuǎn)是他們的主要增韌機(jī)制。