稳定的还原性气氛中烧结氧化锆陶瓷四方相

稳定的还原性气氛中烧结氧化锆陶瓷四方相

应力诱导四方单斜在任何纯粹或部分稳定氧化锆转型已成为公认的增韧，在此期间的传播裂纹尖端可以通过附带的转换应变场和应力集中的起源来屏蔽，可以因此部分放宽[1-3]。为增韧转型的先决条件是在工程执行的亚稳四方相等于或低于室温下保存。T相的稳定，可由很多方法实现诸如稳定氧化锆，形成稳固的解决方案[4-6]，控制晶粒尺寸使T相转变成M相[7]，僵化矩阵内氧化锆粒子嵌入[8]，关键是维持氧化锆的大小限制球形型沉淀[9]，减少应力集中，或一个大型冷却速度通过抑制T→M的转变[10]。二价或三价合金氧化物，如氧化钇，镁，钙和被认为是最降低了T相，在一个所谓的化学需氧量一定数量的空缺由阳离子的合金替代品过渡创造T→M的起始温度有效锆离子，以维持电力中立。因此产生的氧空位浓度对价阳离子和溶质浓度依赖性以及溶质的氧化物晶体结构[11]。在此，我们证明了我们最近的实验结果，这表明，另一种所谓的热力学氧空缺实物也可以发挥相当稳定的四方相的影响在ZrO2陶瓷在还原气氛烧结。额外的见解，得到了有关的因素影响，在氧化锆含陶瓷四方相稳定。

氧化锆粉末与2 mol％氧化钇掺杂了热颗粒压成圆柱在氩气气氛中不同温度下为25MPa一个小时的持水冷却后的时间压力。单斜相体积分数计算公式由Masaki提出[12]。精密的四方相晶格参数的测量结果进行了最小二乘法的X射线衍射数据的细化。热膨胀实验在Perkin Elmer公司7系列加工，以2毫米* 2毫米* 4毫米大小标本热分析系统。实验室的大气压为0.1333Pa。日立的S - 570型扫描电子显微镜是用来观察经稀释的氢氟酸溶液侵蚀后的表面，在表面涂上黄金薄膜，以避免充电之前发生反应。

烧结和退火样品的热膨胀曲线如图1所示。

从它显然既不是T→M，也不是M→T的过渡是在加热和冷却烧结样品检测的全过程，与烧结温度无关。XRD结果表明，烧结样品主要包括四方相和单斜相，如图所示。这与热膨胀分析的结果是一致的。应当指出的是，在四方相的（111）峰和单斜相的（111）峰之间，X射线衍射时出现的额外的高峰期，现在是暂时认定是M相的（111）峰。证实这一新相的存在需要进一步的微观结构来证明。

对于800℃退火试样5小时，其热膨胀与烧结时加热过程中M→T和冷却过

程中T→M体积变化曲线不同表现很明显。热膨胀实验，加热和冷却率保持在10℃每分钟，以尽可能消除其对T→M和M→T的转换的影响。额外的支持证据可从XRD结果表明，其中，约33％和38％单斜相存在于在1600℃和1450℃的烧结和退火，分别随着新阶段（111）峰一起消失。较低的烧结温度促进T→M 转变，从而产生更多的可占在一个较低的临界核障碍方面以及在分布不均匀的氧化钇单斜相[13]。

通过比较，可以很容易地看到，大大方便了退火处理的T→M过渡的发生。退火过程中晶粒生长是微不足道的，因为有晶粒烧结和退火样品的尺寸变化不大，如图3所示。可以合理化的是，钇和锆离子扩散几乎排除在目前的条件下进行退火论点。另一方面，普遍认为残余拉应力引起的热膨胀系数的各向异性四方相烧结后冷却后，促进T→M过渡[14]。因此，四方相稳定热压在缺氧的气氛时，一定与一个至今很少得到重视的新的因素有关。考虑到该标本烧结比在降低氧气分压平衡值的气氛，热力学氧空缺数目相当大的成绩。因此，除了氧气，预计有一个负电荷，产生离子的锆，钇离子替代，以维持电中性，不带电氧空位是在一个低氧气反应热力学考虑分压烧结而产生的空缺。氧空位的热力学浓度的经验公式：[V2]α[O2] -1 / 6 。

其中[V2的]和[02]分别代表的热力学氧空缺、氧分压。表Ⅰ列出了烧结和退火时试样的物理特性和晶格参数，从中可以看到，因热力氧空缺的存在颜色和重量都不同。观察到退火样品的重量增加了也由于这些氧空缺的存在。

在上述的讨论，并假设这些空缺是完全氧化处理的，由此可以知道增加的氧化锆、氧化钇，也导致了样品重量的变化，我们可以粗略计算出氧空位浓度的热力学利用已知的公式[15]和结果也列于表Ⅰ。

总之，掺加了2 mol％氧化钇的氧化锆陶瓷热压在低氧分压对转型相当稳定热力学氧空位是在还原气氛中产生的，可以空气中退火而避免，由此证明四方相相当稳定的。