增韌氧化鋯陶瓷的發展趨勢以及存在問題

陶瓷材料在應用中的致命弱點是其脆性，增韌氧化鋯陶瓷被給予了更多關注，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，通常出現剪切形變。新相與舊相共用的界面保持嚴格的位相關系，在1000℃左右發生的四方單斜相變，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，要考慮用于穩定相的穩定劑的種類與劑量的加入，由于體積膨脹產生裂紋，一般制造純氧化鋯燒結體是很困難的。
 

應力誘導相變對溫度的敏感性導致氧化鋯的穩定性隨溫度升高而增高，相變韌性失效，致使強度和韌性急劇下降，這一缺陷使得增韌氧化鋯陶瓷在高溫環境下的應用受到限制。復合化是解決此問題的有效途徑。所選增韌相主要為高強度高模量的晶須，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，這類復合材料的強度和斷裂韌性取決于氧化鋯的穩定程度，晶須含量和性能以及晶須和基本界面的結合強度。

適當控制穩定劑Y2O3的含量，并選擇性能優良的晶須，有效控制殘余熱應力和界面結合力。適當控制穩定劑Y2O3的含量，并選擇性能優良的晶須，有效控制殘余熱應力和界面結合力[如在碳化硅晶須表面進行Al203、莫來石涂層處理，可使1 5％(體積分數)碳化硅／TZP復合材料的室溫強度由無涂層的700MPa分別提高至1000MPa和1450MPa，能使復合材料中晶須補強與相變增韌產生協同增韌的效果，提高增韌補強效果。

在這類復合材料中，晶須增韌主要機制為裂紋偏轉、晶須橋聯、界面解離、晶須拔出以及應力按模量轉移等。晶須在產生以上增韌作用的同時，還將和相變增韌發生協同作用，晶須的橋聯增韌和裂紋偏轉增韌將延長裂紋擴展長度，使可相變體積分數增大，同時相變增韌產生的體積膨脹加強了晶須／基體界面結合，有利于載荷轉移效應的實現。

利用SiC晶須與TZP復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生較大的應力．使室溫強度下降，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，人們嘗試用高強度、高彈性模量的剛性顆粒如SiC、Al203等用于與TZP復合。Ding|通過對20％(體積分數)碳化硅和TZP復合材料的微觀結構及力學性能的研究發現，盡管由于SiC的較低的熱膨脹系數和較高的彈性模量降低了t—Zr0。的可相變體積分數，削弱了相變效應，但SiC顆粒對裂紋的偏轉效應使材料的韌性提高。在1000℃時單相釔穩定氧化鋯的強度只有室溫的13%，但碳化硅/TZP的強度是室溫的31%。

利用碳化硅晶須，氧化鋁片晶與TZP復合使材料的韌性的道理改善。裂紋偏轉是他們的主要增韌機制。