氧化锆
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氧化锆相变
材研1009班 材研1009班 孟晓明
主要内容
1 ZrO2的晶体结构及晶型转变 ZrO2的晶体结构及晶型转变 2 稳定ZrO2的晶型转变 稳定ZrO2的晶型转变 ZrO2 3 ZrO2相变增韧 ZrO2相变增韧
1.1氧化锆的晶体结构及晶型转变 1.1氧化锆的晶体结构及晶型转变 氧化锆的晶体结构及晶型
2 稳定氧化锆的晶转变
在ZrO2参杂一定量的MgO、CaO、 ZrO2参杂一定量的 参杂一定量的MgO、CaO、 Y2O3等 可以使其稳定在立方晶型。 Y2O3等，可以使其稳定在立方晶型。
2ZrO2 Y2O3 ..
' 2YZr
3OO
VO
稳定机理：分布在ZrO2体内锆离子周围的空 位降低了局部氧氧之间的排斥力，使配位 层产生较大的畸变，而且释放了部分层间 应力，促进了四方和立方ZrO2的稳定。
1200℃ 1200℃
单斜m-ZrO2
1000℃ 1000℃
四方t-ZrO2
2370℃ 2370℃
立方c-ZrO2
1200℃ 1200℃
单斜m-ZrO2
1000℃ 1000℃
四方ห้องสมุดไป่ตู้-ZrO2
2370℃ 2370℃
立方c-ZrO2
纯ZrO2烧结冷却时发生的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。
在纯ZrO2中加入6%～8%的CaO或15%Y2O3， 中加入6%～8%的CaO或 就可以使氧化锆完全稳定为立方相。
3氧化锆相变增韧
然而完全稳定的ZrO 然而完全稳定的ZrO2力学性能仍很低，尤 其是抗热震性能差。如果减少加入氧化物 的数量(小于完全稳定的数量) 的数量(小于完全稳定的数量)，不使全部氧 化物都呈稳定的立方相，而使一部分以四 方相的形式存在，利用氧化锆的部分相变 来起到增韧的作用。 来起到增韧的作用。
氧化锆的晶体结构
1.2萤石结构 1.2萤石结构
在萤石结构中为了形成 稳定的八配面体结构， 稳定的八配面体结构， 晶体中的阳离子半径与 阴离子半径的比值应大 0.732， 于0.732，而锆氧离子半 径比为0.564。 径比为0.564。
在低温下锆离子趋向于形成配位数 小于8 小于8的结构，即单斜相。而具有 Zr-O八配位结构的立方像和四方相 Zr只能在高温下借助于晶格的震动平 衡才能稳定存在。
增韧机理：含有部分t 增韧机理：含有部分tZrO2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 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。
四方相转变为单斜相时 体积膨胀导致的微裂纹, 体积膨胀导致的微裂纹, 能在裂纹扩展过程中吸 收能量， 收能量，起到提高断裂 韧性的作用。 韧性的作用。
Thank you!
材研1009班 材研1009班 孟晓明
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1 ZrO2的晶体结构及晶型转变 ZrO2的晶体结构及晶型转变 2 稳定ZrO2的晶型转变 稳定ZrO2的晶型转变 ZrO2 3 ZrO2相变增韧 ZrO2相变增韧
1.1氧化锆的晶体结构及晶型转变 1.1氧化锆的晶体结构及晶型转变 氧化锆的晶体结构及晶型
2 稳定氧化锆的晶转变
在ZrO2参杂一定量的MgO、CaO、 ZrO2参杂一定量的 参杂一定量的MgO、CaO、 Y2O3等 可以使其稳定在立方晶型。 Y2O3等，可以使其稳定在立方晶型。
2ZrO2 Y2O3 ..
' 2YZr
3OO
VO
稳定机理：分布在ZrO2体内锆离子周围的空 位降低了局部氧氧之间的排斥力，使配位 层产生较大的畸变，而且释放了部分层间 应力，促进了四方和立方ZrO2的稳定。
1200℃ 1200℃
单斜m-ZrO2
1000℃ 1000℃
四方t-ZrO2
2370℃ 2370℃
立方c-ZrO2
1200℃ 1200℃
单斜m-ZrO2
1000℃ 1000℃
四方ห้องสมุดไป่ตู้-ZrO2
2370℃ 2370℃
立方c-ZrO2
纯ZrO2烧结冷却时发生的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。
在纯ZrO2中加入6%～8%的CaO或15%Y2O3， 中加入6%～8%的CaO或 就可以使氧化锆完全稳定为立方相。
3氧化锆相变增韧
然而完全稳定的ZrO 然而完全稳定的ZrO2力学性能仍很低，尤 其是抗热震性能差。如果减少加入氧化物 的数量(小于完全稳定的数量) 的数量(小于完全稳定的数量)，不使全部氧 化物都呈稳定的立方相，而使一部分以四 方相的形式存在，利用氧化锆的部分相变 来起到增韧的作用。 来起到增韧的作用。
氧化锆的晶体结构
1.2萤石结构 1.2萤石结构
在萤石结构中为了形成 稳定的八配面体结构， 稳定的八配面体结构， 晶体中的阳离子半径与 阴离子半径的比值应大 0.732， 于0.732，而锆氧离子半 径比为0.564。 径比为0.564。
在低温下锆离子趋向于形成配位数 小于8 小于8的结构，即单斜相。而具有 Zr-O八配位结构的立方像和四方相 Zr只能在高温下借助于晶格的震动平 衡才能稳定存在。
增韧机理：含有部分t 增韧机理：含有部分tZrO2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 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。
四方相转变为单斜相时 体积膨胀导致的微裂纹, 体积膨胀导致的微裂纹, 能在裂纹扩展过程中吸 收能量， 收能量，起到提高断裂 韧性的作用。 韧性的作用。
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