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氧化锆工业陶瓷如何在ZAT陶瓷中增韧的?(图)

编辑:科众工业陶瓷厂 日期:20-09-07 阅读:14次

想必大家都知道ZAT陶瓷是在氧化铝中加入一定量的氧化锆所形成的复相陶瓷材料,那么氧化锆陶瓷是如何在ZAT陶瓷中增韧的呢?它的增韧机理是什么呢?科众陶瓷厂给出的解释如下:ZTA陶瓷的增韧机理:ZrO2增 ...

想必大家都知道ZAT陶瓷是在氧化铝中加入一定量的氧化锆所形成的复相陶瓷材料,那么氧化锆陶瓷是如何在ZAT陶瓷中增韧的呢?它的增韧机理是什么呢?科众陶瓷厂给出的解释如下:


ZTA陶瓷的增韧机理:

ZrO2增韧机制有许多种:应力诱导相变增韧、相变诱发微裂纹增韧、表面诱发强韧化和微裂纹分叉增韧等。在实际材料中,究竟何种机制起主导作用,在很大程度上取决于四方相氧化锆(t-ZrO2)向单斜相氧化锆(m-ZrO2)马氏体相变程度的高低及相变在材料中发生的部位。


ZAT陶瓷片

ZAT陶瓷片


1.1 应力诱导相变增韧

当部分稳定的t-ZrO2弥散在Al2O3陶瓷基体里,即存在t-ZrO2与m-ZrO2的可逆相变特性,晶体结构的转变伴随有3~5%的体积膨胀。由于两者具有不同的热膨胀系数,烧结完成后,在冷却过程中,ZrO2颗粒周围则有不同的受力情况。当基体对ZrO2颗粒有足够的压应力而ZrO2的颗粒度又足够小时,则其相变温度可降至室温以下,这样在室温时ZrO2仍可保持四方相。


当材料受到外应力时,基体对ZrO2的压抑作用得到松弛,ZrO2颗粒即发生t-m相变,形成一相变过程区。在过程区内,一方面由于裂纹扩展而产生新的断裂表面,需要吸收一部分能量;另一方面相变引起的体积膨胀效应也要消耗能量;同时相变的晶粒由于体积膨胀而对裂纹产生压应力,阻碍裂纹扩展。由此可见,应力诱导的这种组织转变消耗了外加应力,降低了裂纹尖端的应力强度因子,使得本可以继续扩展的裂纹因能量消耗造成驱动力减弱而终止扩展,从而提高了材料断裂韧性。这就是ZrO2的应力诱导相变增韧。


1.2 微裂纹增韧

t-ZrO2弥散在Al2O3陶瓷基体里时,粒径d>dm(m相晶粒的临界粒径)的晶粒在冷却过程中会发生t-m相变,由于体积效应较明显而诱发微裂纹。不论是ZrO2陶瓷在冷却过程中产生的相变诱发微裂纹,还是裂纹在扩展过程中在其尖端区域形成的应力诱发相变导致的微裂,都将起着分散主裂纹尖端能量的作用,从而降低裂纹扩展驱动力,提高材料的韧性,称为微裂纹增韧。


近年来随着国外新型陶瓷材料技术的不断进步与发展,在某些领域用传统氧化铝陶瓷材料制作的耐磨陶瓷零件,其耐磨性和机械强度已不能满足工作要求。必须采用强度更高、耐磨性更好的耐高温结构陶瓷材料(ZAT陶瓷)。


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