氧化锆陶瓷增韧探究及发展现状

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1、氧化错陶瓷增韧探究及发展现状摘要：氧化错相变增韧陶瓷及其相交增韧效应在改善陶瓷室温脆性方面具有划冲代意义，其中，四方氧化错陶瓷(TZP)和氧化错增人氧化铝(ZTA)是两类经典之作。本文将综合论述有关氧化锥以及氧化锥增韧陶瓷的现状和发展前景。关键词：氧化错；增韧；陶瓷；综述1、氧化错增韧陶瓷氧化错的熔点高达2700°C,耐热性、耐蚀性优良，热导率在常见的陶瓷材料中最低，热膨胀系数又最大，与金属材料较为接近。完全稳定化氧化链(FSZ)易产生较高酌热应力,但部分稳定氧化错(PSZ)具有强度高，脆性低，较高的断裂韧性，被认为是发动机上最有前途的陶瓷材料。美国康明

2、斯公司已有该种产品面世，日本也有许多用氧化错陶瓷制造的发动机部件。目前使用得最多的含氧化错陶瓷系列是：氧化错增韧氧化铝(ZTA)；部分稳定氧化错(PSZ)；四方氧化错多晶体(TZA)。这三种陶瓷都具有高的强度和良好的韧性。优良的性能起源于四方氧化错经受应力诱导相变转变为单斜相相变，该相变同时伴有体积膨胀，这种现象称为相变增韧。相变增韧氧化错陶瓷是一种极有发展前途的新型结构陶瓷,其主要是利用氧化错相变特性来提高陶瓷例料的断裂韧性和抗弯强度，使其具有优良的力学性能，低的热导率和良好的抗热层性。它还可以用来显著提高脆性材料的韧性和强度，是复合材料和复合陶瓷中重

3、要的增韧剂。近10年来，具有各种性能的公认陶瓷和以氧化错为相变增韧物质的复合陶瓷迅速发展，在工业和科学技术的许多领域获得了日益广泛的应用。与此同时，有关氧化错相变的研究也受到了学术界的普遍重视，在固态相变研究领域中占据了仅次于金属的重要地位。陶瓷材料具有优异的耐磨性、耐蚀性和高温性能，但是由于陶瓷固有的脆性，限制了其实际应用范围，因此，改善陶瓷材料的脆性，增大强度以提高其在实际应用中的可靠性，成为其能够广泛应用的关键。2、部分稳定氧化错部分稳定氧化错具有良好的热稳定性，粉粒活性也好，有利于烧结。全稳定的纯氧化错陶瓷具有良好助弹性和增韧性能，可改善陶瓷材料

4、的脆性弱点。如用传统方法或氯化物溶解法制备的氧化锥搀和5%氧化钙进行稳定，组织中合有立方相氧化错基体晶粒、非常细小的晶内亚稳四方相粒子及单斜氧化锥粒子，其中的单斜氧化错粒子具有两种形貌一一粗大的李晶界粒子和细的但仍具有李晶待征的晶内粒子。四方相在应力诱导下转变为单斜相的相变使该材料呈现出优良的机械性能。3、四方氧化错多晶体这种陶瓷材料的晶粒很小，为了使亚稳的四方相保留下来，必须采用超细、高纯的氧化错粉体，且要准确控制氧化锂的含量，烧结工艺中要采用低的温度(1400°C)o四方氧化结陶瓷(TZP)通过相变增韧具有很高的强度和断裂韧性，但在中高温下由于相变增

5、韧作用的逐渐消失力学性能迅速下降。在TZP基体中加入第二相粒子成为复合材料.是提高TZP韧性和高温力学性能的有效方法。Y-TZP即为含纪的多晶四方氧化错。它具有高强度、高断裂韧性、高耐磨等优良的机械性能，但是在200-300°C下即产生强度“退化”现象，这主要由于四方一单斜的转化，而造成大量的微小型纹所致。前面已经论及四方一单斜随温度变化可以引起相变外，与四方相的颗料大小也密切相关，随着颗粒变小，相变强度也随之降低。颗粒大小低于一定程度，温度即使降低至室温或更低温度下也不会相变，所以为了防止其相变发生，只有减少颗粒尺寸才能保待TZP的高性能。Y-T双晶粒

6、尺寸必须小于1微米，对Ce-TZP一般控制在小于6-9微米。随着工艺的不同，其强度也不同。Y-TZP采取常压、热压和等静压烷结三种工艺，其室温抗弯强度分别为1000-1300MPa,1500-1700MPa,2500MPao4、氧化错超塑性陶瓷对于金属等塑性材料，可以来用髙效率、低成本的塑性加工，但对脆性的陶瓷来说，则很难进行塑性加工。1975年加维(Garvie)等制成氧化错相变增韧陶瓷材料，发现了陶瓷的“超塑性现象”。通过控制配料和烧结，获得均匀的微细晶粒侥结体，实现微细晶粒的超塑性，将会代替氧化铝等陶瓷材料，用做耐磨材料，例如机械密封件、球磨介质、

7、陶瓷轴承、金属挤压模具、内燃机零部件等，目前已在石油、采矿和机械制造等工业部门中大量应用，促进了结构陶瓷材料的更新换代。此外，由于具有很高的断裂韧性，还可用于制作日用刀具和高尔夫球挥击球块等体育用品。陶瓷材料要具有超塑性，必须具有下列四个基本条件，即晶粒尺寸要细小(0.3—0.5um以下)，晶粒属等轴晶系，变形时结构稳定，在一定的应变速率和温度范围内。氧化错陶瓷基本上符合这些原则。对于Y-TZP,其压缩变形真实应变为一1.8%,拉伸应变达200%—300%。20%(质量分数)氧化铝-TZP复合体.其压缩变形真实应变为一1.8%,拉伸应变则为200%o根据

8、近期研究，影响其超塑性的主要因素有下列几个方面：(1)晶粒大小品粒越细，晶界面积