氧化锆增韧

ZrO2的性质
含锆的矿石：斜锆石（ 含锆的矿石：斜锆石（ZrO2)，锆英石 ， (ZrO2 ·SiO2)； ； 颜色：白色（高纯ZrO2）； 黄色或灰色（含 黄色或灰色（ 颜色：白色（高纯 少量杂质的ZrO ），常含二氧化铪杂质 常含二氧化铪杂质； 少量杂质的ZrO2），常含二氧化铪杂质； 密度： 密度：5.65~6.27g/cm3； 熔点： 熔点：2715℃。
氧化锆晶型转变
单斜m-ZrO2
1170℃ 170 950℃ 950℃
四方t-ZrO2
2370℃ 2370℃ 2370℃ 2370℃
立方c-ZrO2
单斜相和四方相之间相互转化
在低温下锆离子趋向于形成配位数小于8的结构，即 单斜相。 纯ZrO2烧结冷却时ｔ→ｍ相变为无扩散相变，伴 随产生约７％的体积膨胀和相当大的剪切应变（约８％）； 相反，在加热时，由ｍ→ｔ相变，体积收缩。
应力诱导相变增韧
含有部分t-ZrO2陶瓷在 受到外力作用时微裂纹尖端 产生张应力，松弛了四方相 所受的压应力，微裂纹表面 有一层四方相转变为单斜相。 由于单斜相产生7%左右的 体积膨胀和剪切应变导致压 应力，不仅抵消了外力造成 的张应力而且阻止进一步的 相变。
相变诱发微裂纹增韧
四方相转变为单斜相时体积膨胀导致的微裂纹, 四方相转变为单斜相时体积膨胀导致的微裂纹,能在裂 纹扩展过程中吸收能量，减少主裂纹的应力集中，起到提 高断裂韧性的作用。
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ZrO2陶瓷相变增韧
The transformation toughening of ZrO2 ceramics
姓名：杨懿 姓名： 学号： 学号：1049721100332
ZrO2相变增韧
氧化锆简介 氧化锆的稳定化处理 增韧机理 （1）应力诱导相变增韧 ） （2）相变诱发微裂纹增韧 ） （3）表面强化增韧 ） （4）颗粒弥散增韧 ）
氧化Βιβλιοθήκη Baidu的稳定化处理
常见的ZrO2稳定剂是稀土或碱土氧化 物，比如Y2O3 MgO CeO2 CaO。 机理： 机理：稳定剂的阳离子在ZrO2中具有一 定的溶解度，可以置换其中的锆离子。 而形成置换型固溶体，阻碍四方晶型(t) 向单斜晶型(m)的转变，从而降低氧化锆 陶瓷t-m相变的温度，使t-ZrO2亚稳至室 温。
表面强化增韧
表面强化增韧陶瓷材料的断裂往往是从 表面拉应力超过断裂应力开始的。由于ZrO2 陶瓷烧结体表面存在基体的约束较少，tZrO2容易转变为m-ZrO2，而内部t-ZrO2由于 受基体各方向的压力保持亚稳定状态。因此 表面的m-ZrO2比内部的多，而转变产生的体 积膨胀使材料表面产生残余的压应力，可以 抵消一部分外加的拉应力，从而造成表面强 化增韧。
ZrO2 Y2O3 2YZr ‘ +3 Oo + VO • • →
根据稳定程度不同，氧化锆相变增韧陶瓷 有三种类型，分别为：
部分稳定氧化锆陶瓷(partially stabilized zirconia， PSZ) 四方氧化锆多晶体陶瓷(tetragonal zirconia polycrystal，TZP) 氧化锆增韧陶瓷(Zirconia Toughened Ceramics，ZTC)
颗粒弥散增韧
弥散增韧主要是在陶瓷基质中加入第二相 ZrO2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，这样就使材料消 耗了更多的能量，起到增韧作用。 只有ZrO2弥散粒子的直径小于室温相变临 界颗粒直径（一般＜1µm）时，才能使陶瓷基 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。