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氧化鋯陶瓷是是如何在ZAT陶瓷中增韌的?

想必大家都知道ZAT陶瓷是在氧化鋁中加入一定量的氧化鋯所形成的復(fù)相陶瓷材料,那么氧化鋯陶瓷是如何在ZAT陶瓷中增韌的呢?它的增韌機理是什么呢?科眾陶瓷廠給出的解釋如下:

想必大家都知道ZAT陶瓷是在氧化鋁中加入一定量的氧化鋯所形成的復(fù)相陶瓷材料,那么氧化鋯陶瓷是如何在ZAT陶瓷中增韌的呢?它的增韌機理是什么呢?科眾陶瓷廠給出的解釋如下:

ZTA陶瓷的增韌機理:

ZrO2增韌機制有許多種:應(yīng)力誘導相變增韌、相變誘發(fā)微裂紋增韌、表面誘發(fā)強韌化和微裂紋分叉增韌等。在實際材料中,究竟何種機制起主導作用,在很大程度上取決于四方相氧化鋯(t-ZrO2)向單斜相氧化鋯(m-ZrO2)馬氏體相變程度的高低及相變在材料中發(fā)生的部位。


ZAT陶瓷片

1.1 應(yīng)力誘導相變增韌

當部分穩(wěn)定的t-ZrO2彌散在Al2O3陶瓷基體里,即存在t-ZrO2與m-ZrO2的可逆相變特性,晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變伴隨有3~5%的體積膨脹。由于兩者具有不同的熱膨脹系數(shù),燒結(jié)完成后,在冷卻過程中,ZrO2顆粒周圍則有不同的受力情況。當基體對ZrO2顆粒有足夠的壓應(yīng)力而ZrO2的顆粒度又足夠小時,則其相變溫度可降至室溫以下,這樣在室溫時ZrO2仍可保持四方相。

當材料受到外應(yīng)力時,基體對ZrO2的壓抑作用得到松弛,ZrO2顆粒即發(fā)生t-m相變,形成一相變過程區(qū)。在過程區(qū)內(nèi),一方面由于裂紋擴展而產(chǎn)生新的斷裂表面,需要吸收一部分能量;另一方面相變引起的體積膨脹效應(yīng)也要消耗能量;同時相變的晶粒由于體積膨脹而對裂紋產(chǎn)生壓應(yīng)力,阻礙裂紋擴展。由此可見,應(yīng)力誘導的這種組織轉(zhuǎn)變消耗了外加應(yīng)力,降低了裂紋尖端的應(yīng)力強度因子,使得本可以繼續(xù)擴展的裂紋因能量消耗造成驅(qū)動力減弱而終止擴展,從而提高了材料斷裂韌性。這就是ZrO2的應(yīng)力誘導相變增韌。

1.2 微裂紋增韌

t-ZrO2彌散在Al2O3陶瓷基體里時,粒徑d>dm(m相晶粒的臨界粒徑)的晶粒在冷卻過程中會發(fā)生t-m相變,由于體積效應(yīng)較明顯而誘發(fā)微裂紋。不論是ZrO2陶瓷在冷卻過程中產(chǎn)生的相變誘發(fā)微裂紋,還是裂紋在擴展過程中在其尖端區(qū)域形成的應(yīng)力誘發(fā)相變導致的微裂,都將起著分散主裂紋尖端能量的作用,從而降低裂紋擴展驅(qū)動力,提高材料的韌性,稱為微裂紋增韌。

近年來隨著國外新型陶瓷材料技術(shù)的不斷進步與發(fā)展,在某些領(lǐng)域用傳統(tǒng)氧化鋁陶瓷材料制作的耐磨陶瓷零件,其耐磨性和機械強度已不能滿足工作要求。必須采用強度更高、耐磨性更好的耐高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料(ZAT陶瓷)。



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本文“氧化鋯陶瓷是是如何在ZAT陶瓷中增韌的?”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2022-12-20 10:58:08
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