氧化锆增韧课程学习

ZrO2相变增韧氧化锆简介氧化锆的稳定化处理增韧机理（1）应力诱导相变增韧（2）相变诱发微裂纹增韧（3）表面强化增韧（4）颗粒弥散增韧第1页/共13页第一页，共14页。ZrO2的性质含锆的矿石：斜锆石（ZrO2)，锆英石(ZrO2·SiO2)；颜色：白色（高纯ZrO2）；黄色或灰色（含少量杂质的ZrO2），常含二氧化铪杂质；密度：5.65~6.27g/cm3；熔点：2715℃。第2页/共13页第二页，共14页。

氧化锆晶型转变

单斜m-ZrO2四方t-ZrO2立方c-ZrO21170℃2370℃950℃2370℃第3页/共13页第三页，共14页。单斜相和四方相之间相互转化

在低温下锆离子趋向于形成配位数小于8的结构，即单斜相。

纯ZrO2烧结冷却时ｔ→ｍ相变为无扩散相变，伴随产生约７％的体积膨胀和相当大的剪切应变（约８％）；相反，在加热时，由ｍ→ｔ相变，体积收缩。第4页/共13页第四页，共14页。氧化锆的稳定化处理常见的ZrO2稳定剂是稀土或碱土氧化物，比如Y2O3MgOCeO2CaO。

机理：稳定剂的阳离子在ZrO2中具有一定的溶解度，可以置换其中的锆离子。而形成置换型固溶体，阻碍四方晶型(t)向单斜晶型(m)的转变，从而降低氧化锆陶瓷t-m相变的温度，使t-ZrO2亚稳至室温。第5页/共13页第五页，共14页。Y2O32YZr‘+3Oo+VO

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第6页/共13页第六页，共14页。部分稳定氧化锆陶瓷(partiallystabilizedzirconia，PSZ)四方氧化锆多晶体陶瓷(tetragonalzirconiapolycrystal，TZP)氧化锆增韧陶瓷(ZirconiaToughenedCeramics，ZTC)根据稳定程度不同，氧化锆相变增韧陶瓷有三种类型，分别为：第7页/共13页第七页，共14页。含有部分t-ZrO2陶瓷在受到外力作用时微裂纹尖端产生张应力，松弛了四方相所受的压应力，微裂纹表面有一层四方相转变为单斜相。由于单斜相产生7%左右的体积膨胀和剪切应变导致压应力，不仅抵消了外力造成的张应力而且阻止进一步的相变。应力诱导相变增韧第8页/共13页第八页，共14页。相变诱发微裂纹增韧四方相转变为单斜相时体积膨胀导致的微裂纹,能在裂纹扩展过程中吸收能量，减少主裂纹的应力集中，起到提高断裂韧性的作用。

第9页/共13页第九页，共14页。表面强化增韧

表面强化增韧陶瓷材料的断裂往往是从表面拉应力超过断裂应力开始的。由于ZrO2陶瓷烧结体表面存在基体的约束较少，t-ZrO2容易转变为m-ZrO2，而内部t-ZrO2由于受基体各方向的压力保持亚稳定状态。因此表面的m-ZrO2比内部的多，而转变产生的体积膨胀使材料表面产生残余的压应力，可以抵消一部分外加的拉应力，从而造成表面强化增韧。第10页/共13页第十页，共14页。颗粒弥散增韧

弥散增韧主要是在陶瓷基质中加入第二相ZrO2粒子，这种颗粒在基质材料受拉伸时阻止横向截面收缩。而要达到和基体相同的横向收缩，就必须增加纵向拉应力，这样就使材料消耗了更多的能量，起到增韧作用。

只有ZrO2弥散粒子的直径小于室温相变临界颗粒直径（一般＜1μm）时，才能使陶瓷基体内储存着相变弹性应变能，导致其韧性和强度均有不同程度提高。第11页/共13页第十一页，共14页。致谢致谢致谢致谢谢谢欣赏，请老师和各位同学批评指正！第12页/共13页第十二页，共14页。感谢您的观看！第13页/共13页第十三页，共14页。内容总结ZrO2相变增韧。单斜相和四方相之间相互转化。纯ZrO2烧结冷却时ｔ→ｍ相变为无扩散相变，伴随产生约７％的体积膨胀和相当大的剪切应变（约８％）。部分稳定氧化锆陶瓷(partiallys