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上海矽諾國際貿(mào)易有限公司 2020-06-18 點(diǎn)擊1454次
氧化鋯陶瓷是具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì),，如高硬度,，低的熱傳導(dǎo)性,，熔點(diǎn)高,，抗高溫和腐蝕,，化學(xué)惰性和兩性性質(zhì),，在電子陶瓷,、功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷等方面的應(yīng)用迅速發(fā)展。作為特種陶瓷材料在電子,、航天,、航空和核工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而氧化鋯陶瓷材料的致命缺點(diǎn)是脆性,，低可靠性和低重復(fù)性,，這些不足嚴(yán)重影響了其應(yīng)用范圍。只有改善氧化鋯陶瓷的斷裂韌性,，實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)韌化,，提高其可靠性和使用壽命,，才能使氧化鋯陶瓷真正地成為一種廣泛應(yīng)用的新型材料，因此,，氧化鋯陶瓷增韌技術(shù)一直是陶瓷研究的熱點(diǎn),。
一、陶瓷的增韌方法
目前,，陶瓷的增韌方法主要有：相變增韌,、顆粒增韌、纖維增韌,、自增韌,、彌散韌化、協(xié)同增韌,、納米增韌等,。
1、相變增韌
相變增韌是指亞穩(wěn)定四方相t—ZrO2在裂紋尖端應(yīng)力場的作用下發(fā)生一相變,，形成單斜相,，產(chǎn)生體積膨脹，從而對裂紋形成壓應(yīng)力,，阻礙裂紋擴(kuò)展,，起到增韌的作用。此外,，外界條件（如激光沖擊,、疲勞斷裂韌性、低溫,、晶粒尺寸和含量,、臨界轉(zhuǎn)變能量等）對氧化鋯陶瓷相變增韌有很大的影響，如果相變產(chǎn)生大的應(yīng)力和體積變化,，則產(chǎn)品容易斷裂,，因此生產(chǎn)過程中，應(yīng)避免外界因素對氧化鋯陶瓷相變增韌的影響,。
2,、顆粒增韌
顆粒增韌是指用顆粒做增韌劑，添加入ZrO2陶瓷粉體中,，盡管效果不及晶須與纖維,，但若顆粒種類、粒徑,、含量和基體材料選擇得當(dāng),，仍有一定的強(qiáng)韌效果。其優(yōu)點(diǎn)是簡便易行，增韌的同時(shí)會(huì)帶來高溫強(qiáng)度和高溫蠕變性能的改善,。顆粒增韌的韌化機(jī)理主要有細(xì)化基體晶粒和裂紋轉(zhuǎn)向分叉等,。
3、纖維增韌
纖維,、晶須增韌原理是在緊靠裂紋尖端的晶體,，由于變形而給裂紋表面加上了閉合應(yīng)力，抵消裂紋尖端的外應(yīng)力,，鈍化裂紋擴(kuò)展,，從而起到了增韌作用,；此外,，裂紋擴(kuò)展時(shí)，柱狀晶體的拔出時(shí)也要克服摩擦力,，也會(huì)起到增韌的作用,。
氧化鋯陶瓷結(jié)構(gòu)件
4、自增韌
氧化鋯陶瓷由于柱狀晶的存在,，在氧化鋯陶瓷斷裂過程中,，會(huì)導(dǎo)致裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)，改變和增加了裂紋擴(kuò)展的路徑,，從而鈍化裂紋增加了裂紋擴(kuò)展阻力,，達(dá)到增韌的目的。
5,、彌散韌化
彌散韌化主要是指四方相ZrO2顆粒對陶瓷基體的韌化,，除了相變韌化機(jī)制以外還有第二相質(zhì)點(diǎn)的彌散韌化機(jī)制。在裂紋進(jìn)行擴(kuò)展之前,，首先得克服陶瓷本身的內(nèi)部殘余應(yīng)變能,，從而達(dá)到增韌的目的。
6,、微裂紋增韌
微裂紋增韌是指在裂紋應(yīng)力尖端加入韌性材料,，使其產(chǎn)生微裂紋，達(dá)到分散應(yīng)力的目的,，減少裂紋前進(jìn)的動(dòng)力,，從而增加材料的韌性。在材料發(fā)生相轉(zhuǎn)變時(shí),，往往也會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)變能效應(yīng)以及產(chǎn)生微裂紋,。因此，相轉(zhuǎn)變增韌的效果是顯著的,。
7,、復(fù)合增韌
復(fù)合增韌是指在ZrO2陶瓷實(shí)際增韌過程中同時(shí)采用幾種增韌機(jī)理，從而提高ZrO2陶瓷增韌效果，如鋯鋁復(fù)合珠,。在實(shí)際應(yīng)用過程中,，根據(jù)所要制備氧化鋯陶瓷材料的不同性能，來選擇具體的增韌機(jī)理,
8,、納米增韌
目前,，納米增韌主要有三種學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，即：細(xì)化理論,，穿晶理論,、“釘扎”理論。
（1）細(xì)化理論認(rèn)為納米相的引入能抑制基體晶粒的異常長大,，使基體結(jié)構(gòu)均勻細(xì)化,，從而提高納米氧化陶瓷復(fù)合材料的強(qiáng)度韌性。
（2）“穿晶理論”,，認(rèn)為納米復(fù)合材料中,，基體顆粒以納米顆粒為核發(fā)生致密化而將納米顆粒包裹在基體晶粒內(nèi)部形成“晶內(nèi)型”結(jié)構(gòu)。這樣便能減弱主晶界的作用,， 誘發(fā)穿晶斷裂,，使材料斷裂時(shí)產(chǎn)生穿晶斷裂而不是沿晶斷裂，從而提高納米氧化鋯陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)度和韌性,。
（3）“釘扎”理論,， 認(rèn)為存在于基體晶界的納米顆粒產(chǎn)生“釘扎”效應(yīng)，從而限制了晶界滑移和孔穴,、蠕變的發(fā)生,，晶界的增強(qiáng)導(dǎo)致納米氧化鋯復(fù)相陶瓷韌性的提高。
二,、氧化鋯增韌陶瓷的種類
氧化鋯增韌陶瓷主要有穩(wěn)定氧化鋯陶瓷,、部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷、四方氧化鋯多晶體陶瓷,、氧化鋯超塑性陶瓷,。
1、穩(wěn)定氧化鋯陶瓷
穩(wěn)定氧化鋯陶瓷是在制備氧化鋯粉體時(shí)添加一定數(shù)量的穩(wěn)定劑使之固溶入氧化鋯內(nèi),，形成立方相氧化鋯,，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)不發(fā)生相變，也就沒有體積變化的陶瓷材料,。常用的穩(wěn)定劑主要有CaO,、MgO、Y2O3,、CeO2等,。
穩(wěn)定氧化鋯陶瓷在泡沫陶瓷,、生物陶瓷、特種耐火材料鑄口,、冷成形工具,、整形模、拉絲模,、切削工具,、新能源電池電解質(zhì)隔膜等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
2,、部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷
部分穩(wěn)定氧化鋯（PSZ）具有強(qiáng)度高,，脆性低，較高的斷裂韌性,，被認(rèn)為是發(fā)動(dòng)機(jī)上最有前途的陶瓷材料,。
采用傳統(tǒng)方法或氯化物溶解法制備的氧化鋯攙和5%氧化鈣進(jìn)行穩(wěn)定，組織中合有立方相氧化鋯基體晶粒,、非常細(xì)小的晶內(nèi)亞穩(wěn)四方相粒子及單斜氧化鋯粒子,，其中的單斜氧化鋯粒子具有兩種形貌，即：粗大的孿晶界粒子和細(xì)的但仍具有孿晶待征的晶內(nèi)粒子,。四方相在應(yīng)力誘導(dǎo)下轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕嗟南嘧兪乖摬牧铣尸F(xiàn)出優(yōu)良的機(jī)械性能。
3,、四方氧化鋯多晶體陶瓷
四方氧化鋯多晶體陶瓷的晶粒很小,，為了使亞穩(wěn)的四方相保留下來，必須采用超細(xì),、高純的氧化鋯粉體,，且要準(zhǔn)確控制氧化釔的含量，燒結(jié)工藝中要采用低的溫度（1400℃）,。
四方氧化鋯陶瓷通過相變增韌具有很高的強(qiáng)度和斷裂韌性,，但在中高溫下由于相變增韌作用的逐漸消失力學(xué)性能迅速下降。在基體中加入第二相粒子成為復(fù)合材料是提高韌性和高溫力學(xué)性能的有效方法,。
4,、氧化鋯超塑性陶瓷
氧化鋯超塑性陶瓷是通過控制配料和燒結(jié)，獲得均勻的微細(xì)晶粒僥結(jié)體,，實(shí)現(xiàn)微細(xì)晶粒的超塑性,。影響氧化鋯陶瓷超塑性的主要因素有下列幾個(gè)方面：
（1）晶粒大小。品粒越細(xì),，晶界面積越大,，產(chǎn)生塑性變形就越大。
（2）溫度,。在壓力恒定下,，應(yīng)變速率隨著溫度提高而增加。
（3）應(yīng)變速率大小。尤其在位伸變形時(shí),，較低的應(yīng)變速率可獲大于200%的拉伸變形,，因?yàn)閼?yīng)變速率過大，在晶界處易形成空洞等,，以致造成過早的斷裂,。
（4）空洞大小。要保持較低的應(yīng)變速率,，以抑制空洞的生成,。
目前，超塑性氧化鋯陶瓷主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)中活塞環(huán),，隨著研究的深入,，其應(yīng)用前景是廣闊的。氧化鋯材料高溫下具有導(dǎo)電性其晶體結(jié)構(gòu)存在氧離子缺位的特性,，可制成各種功能元件,。