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如何解決氧化鋯陶瓷的韌性問題?

氧化鋯陶瓷對比其他工業(yè)陶瓷來說韌性應(yīng)該是比較高的了,但是在一些高要求的工業(yè)環(huán)境下,下面科眾陶瓷廠將為大家介紹解決其韌性問題的方法。

氧化鋯陶瓷對比其他工業(yè)陶瓷來說韌性應(yīng)該是比較高的了,但是在一些高要求的工業(yè)環(huán)境下,下面科眾陶瓷廠將為大家介紹解決其韌性問題的方法。

陶瓷材料在應(yīng)用中的致命弱點是其脆性,因此,近年來,增韌氧化鋯陶瓷被給予了更多關(guān)注,氧化鋯增韌材料通常用于制作模具,研磨介質(zhì),切削刀具等。

氧化鋯陶瓷的相變有體積變化和形狀改變,通常出現(xiàn)剪切形變。新相與舊相共用的界面保持嚴(yán)格的位相關(guān)系,在1000℃左右發(fā)生的四方單斜相變,體積膨脹率3%到7%,純度高的氧化鋯材料更加明顯,如果用此種變體來制作陶瓷,容易碎裂。因此,要考慮用于穩(wěn)定相的穩(wěn)定劑的種類與劑量的加入,由于體積膨脹產(chǎn)生裂紋,一般制造純氧化鋯燒結(jié)體是很困難的。
 

應(yīng)力誘導(dǎo)相變對溫度的敏感性導(dǎo)致氧化鋯的穩(wěn)定性隨溫度升高而增高,相變韌性失效,致使強度和韌性急劇下降,這一缺陷使得增韌氧化鋯陶瓷在高溫環(huán)境下的應(yīng)用受到限制。復(fù)合化是解決此問題的有效途徑。所選增韌相主要為高強度高模量的晶須,片晶,纖維以及顆粒。


氧化鋯增韌陶瓷零件

其中最早嘗試的是碳化硅晶須,這類復(fù)合材料的強度和斷裂韌性取決于氧化鋯的穩(wěn)定程度,晶須含量和性能以及晶須和基本界面的結(jié)合強度。適當(dāng)控制穩(wěn)定劑Y2O3的含量,并選擇性能優(yōu)良的晶須,有效控制殘余熱應(yīng)力和界面結(jié)合力。適當(dāng)控制穩(wěn)定劑Y2O3的含量,并選擇性能優(yōu)良的晶須,有效控制殘余熱應(yīng)力和界面結(jié)合力[如在碳化硅晶須表面進(jìn)行Al203、莫來石涂層處理,可使1 5%(體積分?jǐn)?shù))碳化硅/TZP復(fù)合材料的室溫強度由無涂層的700MPa分別提高至1000MPa和1450MPa,能使復(fù)合材料中晶須補強與相變增韌產(chǎn)生協(xié)同增韌的效果,提高增韌補強效果。

在這類復(fù)合材料中,晶須增韌主要機制為裂紋偏轉(zhuǎn)、晶須橋聯(lián)、界面解離、晶須拔出以及應(yīng)力按模量轉(zhuǎn)移等。晶須在產(chǎn)生以上增韌作用的同時,還將和相變增韌發(fā)生協(xié)同作用,晶須的橋聯(lián)增韌和裂紋偏轉(zhuǎn)增韌將延長裂紋擴展長度,使可相變體積分?jǐn)?shù)增大,同時相變增韌產(chǎn)生的體積膨脹加強了晶須/基體界面結(jié)合,有利于載荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)的實現(xiàn)。

利用SiC晶須與TZP復(fù)合雖然取得了較好的效果,但由于SiC與TZP的熱失配在基體中產(chǎn)生較大的應(yīng)力.使室溫強度下降,加之晶須的毒性及在基體中的分散不均勻,使這種方法受到了一定的限制。

于是,人們嘗試用高強度、高彈性模量的剛性顆粒如SiC、Al203等用于與TZP復(fù)合。Ding|通過對20%(體積分?jǐn)?shù))碳化硅和TZP復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn),盡管由于SiC的較低的熱膨脹系數(shù)和較高的彈性模量降低了t—Zr0。的可相變體積分?jǐn)?shù),削弱了相變效應(yīng),但SiC顆粒對裂紋的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)使材料的韌性提高。在1000℃時單相釔穩(wěn)定氧化鋯的強度只有室溫的13%,但碳化硅/TZP的強度是室溫的31%。

利用碳化硅晶須,氧化鋁片晶與TZP復(fù)合使材料的韌性的道理改善。裂紋偏轉(zhuǎn)是他們的主要增韌機制。



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本文“如何解決氧化鋯陶瓷的韌性問題?”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2022-12-27 14:59:30
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