2.2氧化锆

当基体对ZrO2 颗粒有足够的压应力，而ZrO2 的
颗粒度又足够小，则其相变温度可降至室温以下
，这样在室温时ZrO2仍可保持四方相。
当材料受到外应力时，基体对ZrO2的压抑作 用得到松弛，ZrO2颗粒即发生四方相到单斜相的 转变，并在基体中引起微裂纹，从而吸收了主裂 纹扩展的能量，达到增加断裂韧性的效果。
相变具有可逆性，并受到体积变化与切应变所产生的 应变能的影响。因此相变发生于一个温度区间内而不 是在一个特定的温度点上
1、相变增韧
部分稳定的ZrO2，存在于陶瓷其体中，存在
t- ZrO2 → m-ZrO2 的可逆相变特性，晶体结构 的转变伴随有3-5%的体积膨胀。 ZrO2颗粒弥散在其它陶瓷基体中，由于两者不同 的热膨胀系数，烧结完成冷却过程中，ZrO2颗粒 周围有不同的受力情况，受到基体的压抑，ZrO2 的相转变也将受到压制。
相变增韧能量条件
△Um/t：单位体积t-ZrO2向m-ZrO2转化引起的自由能变化 △Uchem: m-ZrO2和 t-ZrO2之间的化学自由能差 △Uu：相变弹性应变能的变化 △Ua：激发相变外应力所付出的能量
相变临界尺寸条件
2、微裂纹增韧（microcrack toughening)
ZrO2(Y2O3)-Al2O3粉末制备
（3）沉淀包裹法
原料制备时：ZrO2均匀分散，颗粒均匀包裹 成型工序：获得良好致密体 烧结：致密、细晶
热处理条件
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ZrO2
Al2O3
图 4.41 在 1630C 烧结 2h 下， ZrO2-5%Al2O3 复相 陶瓷的背散射电子图像 Fig4.41 SEM micrographs as it appear in back-scattered electron imaging of ZrO2- 5%Al2O3 composite at 1630C for 2h
ZrO2陶瓷在冷却过程中产生的相变诱发微裂纹 裂纹在扩展过程中在其尖端区域形成的应力诱 发相变导致的微裂纹 都将起着分散主裂纹尖端能量的作用，从而提 高断裂能。
1、控制ZrO2弥散粒子的尺寸D
D>DH（相变临界颗粒直径）：常规相变温度1100℃左右，ZrO2颗 粒都发生相变，相变是突发性的，微裂纹尺寸较大，导致主裂纹 扩展过程中分岔，增韧效果不大 DR(相变临界颗粒直径)<D< DH：相变温度：陶瓷基体会有相变诱发 微裂纹，韧性有明显的提高，强度： D< DR 陶瓷基体内末含相变诱发微裂纹，而是储存着相变弹性压应 变能。当陶瓷受到适当的外力，克服相变应变能对主裂纹扩展所 起的势垒作用，ZrO2颗粒才产生相变，并诱发极细小的微裂纹。 由于相变弹性应变能和微裂纹作用，韧性较大提高，强度
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ZrO2增韧陶瓷
高强度、高韧性陶瓷研究：
提高其断裂能和塑性滑移系统
目前最有效途径： 利用纤维（包括晶须）增强 利用ZrO2相变增韧。
一、ZrO2相变增韧机理
ZrO2 增韧陶瓷，是通过四方相ZrO2 （t- ZrO2 ）转变成单 斜相ZrO2（m- ZrO2）马氏体相变来实现的。 马氏体相变属一级相变，其特征： 相变前后没有成分变化 相变伴随有体积变化
第二节 ZrO2陶瓷
1、ZrO2的晶体结构与相结构 相结构：
ZrO2三种晶体结构：
ZrO2热膨胀曲线
适量的二价金属离子 （Cａ、Mｇ、Sｒ） 和稀土氧化物（Y2O3 、CeO等） 作稳定剂 –四方、立 方晶型。
ZrO2陶瓷成型：湿法或干压法 烧成：热压法可制得透明ZrO2陶瓷。 应用： 耐火度高、比热和导热系数好--理想的高温绝 缘材料 化学稳定性好—坩埚 纯 ZrO2 是 良 好 的 绝 缘 体 ， 常 温 比 电 阻 高 达 1015Ω · m 加入稳定剂后，其电导率明显增加。所以稳定 ZrO2陶瓷，在高温下是离子导电陶瓷。
2、控制ZrO2颗粒的分布状态
如果ZrO2弥散粒子的颗粒分布较宽
3、 最佳的ZrO2体积分数和均匀的ZrO2弥散程度
一般ZrO2体积分数增加，提高韧性，但过高，导致微裂纹 的合并，降低韧化效果
4、陶瓷基体和ZrO2粒子热膨胀系数的匹配
可以保持冷却过程的结合力，又在相变转化时激发微裂纹
部分稳定ZrO2粉末