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氧化锆陶瓷应力诱导相变增韧原理

内容导读:氧化锆相变增韧来改善陶瓷材料的脆性各围学者对氧化锆陶瓷的增韧机理进行了大量研究,在增韧理论和增韧陶瓷的研究方而取得许多重要进展。

  利用氧化锆相变增韧来改善陶瓷材料的脆性各围学者对氧化锆陶瓷的增韧机理进行了大量研究,在增韧理论和增韧陶瓷的研究方而取得许多重要进展。近来报道氧化锆增韧陶瓷的断裂韧性已达15—30MPam,抗弯强度达到2000MPa以上。增韧机理主要有:应力诱导相变增韧、微裂纹增韧、残余应力增韧、表面增韧以及复合增韧等。

  应力诱导相变增韧:

  gaivie于1975年首次对cd—PSZ的研究发现_:亚稳的四方相氧化锆相变成稳定的单斜相氧化锆,材料样品强度得到明显提高,并提出相变增韧氧化锆陶瓷的概念。后来的实验发现含十一Zr0,相氧化钻材料的韧性,比其它陶瓷的韧性要高。

  通过透射电镜、X衍射和电子探针等分析测试,发现含t—Zr02相氧化钻陶瓷的断口单斜相含量增加。这些发现说明四方相Zr02在与裂纹扩展的应力作用下,发生了由t—Zr02一m—Zr02的马氏体相变,由于t—Zr02晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展从而提高了材料的强度和韧性。即应力诱导相变增韧。

氧化锆陶瓷

  增韧陶瓷的断裂韧性表达式为
氧化锆陶瓷

  其中k表示无相变增韧时的断裂韧性,△GC为驱动相变的化学自由能变量,△UF为接近断裂表而处相变后的剩余应变能,EC弹性模量,Y为泊松比,V四方(t)相的体积分数,R相变区的深度(白断裂表而起至整个相变区)。公式中反映出应力诱导相变增韧的主要途径是增加材料的弹性模量提高裂纹扩展时能够相变的四方相体积分数;增大相变区;提高相变化学驱动力等。


 

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