氧化锆陶瓷的3种增韧方式介绍

来源：科众工业陶瓷厂
更新：2016-04-20
人气：100

内容导读：氧化锆陶瓷具有优异的耐磨性、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,改善氧化锆陶瓷的脆性,增大强度和提高其在实际应用中的可靠性,成为其能否广

氧化锆陶瓷具有优异的耐磨性、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,改善氧化锆陶瓷的脆性,增大强度和提高其在实际应用中的可靠性,成为其能否广泛应用的关键。围绕改善氧化锆陶瓷的脆性和提高氧化锆陶瓷的强度,近年来各国学者提出了各种氧化锆陶瓷的增韧补强机理,制备出各种高性能的氧化锆陶瓷。下面科众工业陶瓷厂就国内外发展的增韧补强机理作一概述。

氧化锆陶瓷增韧方式一：相变增韧机理

应力诱导相变增韧是利用应力诱导四方氧化锆陶瓷马氏体相变来改变氧化锆陶瓷的韧性。氧化锆陶瓷在室温下为单斜晶系,当温度达到1170℃时,由单斜晶系转化为

亚稳态的四方晶型,在应力作用下,亚稳态的四方晶型氧化锆陶瓷可诱发相变重新转化为单斜晶型。在高温烧结时,氧化锆陶瓷颗粒以四方相存在,而烧结致密后冷却时,四方相氧化锆陶瓷颗粒就要转变为单斜相颗粒。但这时周围的致密陶瓷基体束缚它的膨胀,因而相变也受到抑制。在室温时,氧化锆陶瓷颗粒仍以四方相存在,它有一种力图膨胀而变成单斜相的自发倾向,在许多陶瓷基体中,分散了这种亚稳定的氧化锆陶瓷颗粒,会使陶瓷的韧性有极大提高,这是因为四方相氧化锆陶瓷颗粒是处在压应力状态,基体沿颗粒连线方向也是受到应力的。当外力作用时,陶瓷的内应力可使四方相的氧化锆陶瓷粒子解除约束,发生四方相氧化锆陶瓷(t-氧化锆陶瓷)转变成单斜相(m-氧化锆陶瓷)的马氏体相变,引起体积膨胀。而相变颗粒的剪切应力和体积膨胀对基体产生压应变,使裂纹停止延伸,以致需要更大的能量才使主裂纹扩展。即在裂纹尖端应力场的作用下,氧化锆陶瓷粒子发生四方相→单斜相的相变而吸收了能量,外力做了功,从而提高了断裂韧性。

氧化锆陶瓷增韧方式二：微裂纹的增韧机理

微裂纹增韧是多种陶瓷材料的一种增韧机理。由于大多数情况下陶瓷体内存在裂纹,当受外力或存在应力集中时,裂纹会迅速扩展,致使陶瓷受到破坏,因此,防止裂纹扩展,消除应力集中是提高陶瓷强韧性的关键。氧化锆陶瓷在由四方相向单斜相转变时,相变出现的体积膨胀也导致微裂纹。这样不论是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其尖端区域形成的应力诱发相变导致的微裂纹,都将起到分散主裂纹尖端能量的作用,从而提高了断裂能,即微裂纹增韧

当氧化锆陶瓷受到张应力的作用时,在主裂纹的尖端形成塑性区,在塑性区内,原先存在大量的微裂纹发生延伸,增加许多新的裂纹表面,吸收大量的弹性应变能,从而引起陶瓷断裂韧性的增加。另外,在张应力作用下,延伸后形成的较大微裂纹将与主裂纹汇合,导致主裂纹的扩展路径发生扭曲和分叉,增加裂纹的扩展路径,吸收更多的弹性应变能,从而导致材料断裂韧性的进一步提高。

氧化锆陶瓷增韧方式三：弥散增韧机理

弥散增韧主要是在陶瓷基质中加入第二相氧化锆粒子,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,这样就使氧化锆陶瓷消耗了更多的能量,起到增韧作用。同时,高弹性模量的颗粒对裂纹起钉扎作用,使裂纹发生偏转绕道,耗散了裂纹前进的动力,也起到增韧作用。另外,颗粒的强化在于颗粒与基体的热膨胀失配,使外加载荷重新分配,提高承载能力,防止基体内位错运动,以达到强化的目的。氧化锆增韧陶瓷为多相结构,氧化锆呈微细的分散相弥散分布在被韧化的陶瓷基质中,氧化锆颗粒尺寸和分布对陶瓷基体韧性影响较大。只有氧化锆弥散粒子的直径小于室温相变临界颗粒直径(一般<1μm)时,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。另外,最佳的t-氧化锆体积分数,均匀的t-氧化锆弥散程度以及陶瓷基体和氧化锆颗粒热膨胀系数的匹配都在陶瓷增韧中是必不可少的。

有问题？咨询在线客服

氧化锆陶瓷的3种增韧方式介绍

相关内容

最近更新

相关产品

最新产品