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由單斜相向四方相轉化時會伴隨有7%左右的體積變化。加熱時由單斜- ZrO2 →四方- ZrO2 ，體積收縮。冷卻時由四方- ZrO2 →單斜- ZrO2 ，體積膨脹。但這種收縮與膨脹并不發(fā)生在同一溫度，前者約在1200 ℃，后者約在1000 ℃。kTT紅軟基地
部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的制備kTT紅軟基地
采用高純超細粉末，含3-4的Y2O3穩(wěn)定劑，經(jīng)造粒、成型、在空氣或者氧化氣氛下1450-1700℃燒結，為了防止晶粒長大，盡可能采用較低的燒結溫度。溫度過低成瓷性能差，溫度過高變形大，韌性差。kTT紅軟基地
韌化陶瓷kTT紅軟基地
適當提高燒結溫度使TZP組織中一部分晶粒長大到超過相轉變臨界尺寸DC， 則冷卻時D> DC的晶粒轉變?yōu)閱涡毕�，在室溫下得到單斜與四方共存的雙相組織。這種組織在應力誘發(fā)相變韌化和微裂紋韌化等多種復合韌化作用下可以獲得很高的韌性。kTT紅軟基地
可用于：氣缸內(nèi)壁、活塞、蓋板、氣門座，軸承kTT紅軟基地
由于不與生物發(fā)生反應，可用于生物陶瓷材料。kTT紅軟基地
氧化鋯拉絲模與研磨環(huán)kTT紅軟基地
氧化鋯陶瓷軸承kTT紅軟基地
陶瓷廚具和辦公用品kTT紅軟基地
手表表殼kTT紅軟基地
光纖連接器kTT紅軟基地
 氧化鋯陶瓷人工關節(jié)球kTT紅軟基地
陶瓷關節(jié)kTT紅軟基地
ZrO2 增韌陶瓷機理kTT紅軟基地
陶瓷材料雖然有許多優(yōu)越的特性，如高溫力學性能、抗化學侵蝕性能、電絕緣性、較高的硬度和耐磨性等。但由于其結構決定了陶瓷材料缺乏象金屬那樣在受力狀態(tài)下發(fā)生滑移引起塑性變形的能力，容易產(chǎn)生缺陷，存在裂紋，且易于導致高度的應力集中，因而決定了陶瓷材料脆性的本質。kTT紅軟基地
因此，改善陶瓷材料的脆性是陶瓷學家的長期關注的問題。近年來，纖維補強及氧化鋯相變增韌在實踐中被證實對改善陶瓷的脆性以及強化陶瓷是兩條有效的途徑。kTT紅軟基地
1、ZrO2相變增韌機理kTT紅軟基地
利用ZrO2增韌陶瓷，是通過四方相ZrO2（t-ZrO2 ）轉變成單斜相ZrO2 （m-ZrO2 ）馬氏體相變(martemsitic transformation)來實現(xiàn)的。kTT紅軟基地
ZrO2增韌機制有許多種：應力誘導相變增韌、相變誘發(fā)微裂紋增韌、表面誘發(fā)強韌化等。kTT紅軟基地
1）相變增韌kTT紅軟基地
ZrO2 顆粒彌散在其它陶瓷基體中，當基體對ZrO2顆粒有足夠的正應力，而ZrO2的顆粒度又足夠小，則其相變溫度可降至室溫以下，這樣在室溫時ZrO2 仍可以保持四方相。當材料受到外應力時，基體對ZrO2 的壓抑作用得到松弛，ZrO2 顆粒即發(fā)生四方相到單斜相的轉變，并在基體中引起微裂紋，從而吸收了主裂紋擴展的能量，達到增加斷裂韌性的效果，這就是ZrO2 的相變增韌。kTT紅軟基地
氧化鋯相變的能量變化可以用下式表示：kTT紅軟基地
ΔUm/t=-ΔUchem+ΔUT-ΔUa+ΔSkTT紅軟基地
其中： ΔUm/t：單位體積相變引起的自由能變化kTT紅軟基地
            ΔUchem：單斜相與四方相之間的化學自由能差kTT紅軟基地
            ΔUT：相變彈性應變能的變化kTT紅軟基地
           ΔUa：外力引發(fā)相變所消耗的能量kTT紅軟基地
           ΔS：單斜相與四方相的界面能之差，與其它項相比，較小，可忽略。kTT紅軟基地
ΔUm/t≤0時發(fā)生相變kTT紅軟基地
即：ΔUchem≥ΔUT-ΔUakTT紅軟基地
ΔUa＝1/2σa×ΔV＝ 1/2σaεVkTT紅軟基地
其中σa為外加應力，ε為外加應力引起的應變，單位體積，V=1kTT紅軟基地
2）微裂紋增韌kTT紅軟基地
部分穩(wěn)定ZrO2 陶瓷在由四方相向單斜相轉變，相變出現(xiàn)了體積膨脹而導致產(chǎn)生微裂紋。這樣由ZrO2 陶瓷在冷卻過程中產(chǎn)生的相變誘發(fā)微裂紋，以及裂紋在擴展過程中在其尖端區(qū)域形成的應力誘發(fā)相變導致的微裂紋，都將起著分散主裂紋尖端能量的作用。從而提高了斷裂能，稱為微裂紋增韌。kTT紅軟基地
微裂紋增韌的機理：是ZrO2 彌散粒子由四方相向單斜相轉化引起的體積膨脹，以及由之誘發(fā)的彈性壓應變能或激發(fā)產(chǎn)生的微裂紋，阻礙了主裂紋的擴展或釋放其能量，達到韌化提高強度的目的。kTT紅軟基地
（1）燒結冷卻過程中， D> DC的晶粒發(fā)生相變而產(chǎn)生裂紋kTT紅軟基地
其中有些晶粒雖然滿足D> DC但是相變所產(chǎn)生的體積變化只能在周圍產(chǎn)生殘余應力，不足以產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)生裂紋還有一個更高的臨界裂紋直徑Dm，kTT紅軟基地
只有D> Dm時才產(chǎn)生微裂紋。kTT紅軟基地
Dm >D> DC時可以發(fā)生相變但是不產(chǎn)生微裂紋，只產(chǎn)生殘余應力。kTT紅軟基地
3) 表面殘余壓應力增韌                 kTT紅軟基地
控制氧化鋯使其表面發(fā)生四方單斜相變，獲得表面壓應力kTT紅軟基地
裂紋多起始于表面kTT紅軟基地
裂紋為拉應力狀態(tài)kTT紅軟基地
手段：研磨或噴砂kTT紅軟基地
化學方法kTT紅軟基地
快速低溫處理kTT紅軟基地
幾種典型的ZrO2增韌陶瓷kTT紅軟基地
通常的ZrO2 增韌陶瓷有：ZrO2- MgO，ZrO2- Al2O3，ZrO2- Y2O3，ZrO2- CaO，現(xiàn)在發(fā)展了ZrO2-CeO2，Y2O3- ZrO2-HfO2等。此外還有晶須(纖維)-ZrO2復合增韌陶瓷。kTT紅軟基地
用氧化鋯增韌的陶瓷材料的性能kTT紅軟基地

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