氧化锆增韧陶瓷.ppt

氧化锆增韧陶瓷氧化锆增韧陶瓷随着科学技术的发展，人们对材料的需求也在不断的提高。当今世界新型陶瓷的发展趋向是：原料超细化，材料多功能化、轻质高强化和材料结构梯度化。相应地发展了材料复合、成型与烧结工艺、制品的后处理和相应的测试方法。氧化锆陶瓷也与其他新型的陶瓷一样，随着新工艺、新技术的运用，进一步充分发挥了它高熔点、比重大、耐腐蚀、耐磨损、低导热、半导体及相变等特点。1975年以来，ZrO2陶瓷逐步受到许多国家的重视，80年代席卷全球的“陶瓷热”就是以ZrO2陶瓷为研究对象的，20多年来，具有种种性能的ZrO2陶瓷和以ZrO2为相变增韧物质的复合陶瓷迅速发展，成为国内外的研究热点。目前普遍采用的工艺制备方法有机械方法（其中包括球磨法、振动法、搅拌法、气流磨）、共沉淀法（酸性共沉淀法、盐水溶液加水分解法等）、盐类分解合成法（喷雾干燥法、火焰喷雾干燥法、等离子法、激光合成法等等）、加水分解法（溶胶-凝胶法、醇盐分解法）。它们各自有自己的特点。其中溶胶-凝胶法是一种比较成熟的制备ZrO2纳米粉体的方法。斜锆石（斜锆石（ZrO2）锆英石（锆英石（ZrO2 SiO2）纯氧化锆粉呈黄色或者灰色纯氧化锆粉呈黄色或者灰色高纯氧化锆粉呈白色高纯氧化锆粉呈白色熔点熔点2715天然矿物天然矿物单斜单斜ZrO2 四方四方ZrO2 立方立方ZrO2 液相液相 1000120023702715 由单斜相向四方相转化时会伴随有7%左右的体积变化。加热时由单斜-ZrO2 四方-ZrO2，体积收缩。冷却时由四方-ZrO2 单斜-ZrO2，体积膨胀。但这种收缩与膨胀并不发生在同一温度，前者约在1200，后者约在1000。7.3.2 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷7.3.2.1 氧化锆晶体结构与相结构氧化锆晶体结构与相结构m-ZrO2(5.65)1000 t-ZrO2(6.10)2370 c-ZrO2(6.27)图图7.3 ZrO2的差热分析曲线的差热分析曲线图图7.4 ZrO2Y2O3二元相图二元相图10002000CTMT+CM+CPSZ FSZTZP99ZrO2950预烧预烧10001200稳定化稳定化氧化锆氧化锆部分稳部分稳定化氧定化氧化锆化锆纯氧化纯氧化锆锆 为了消除体积变化带来为了消除体积变化带来的破坏作用，通常在纯氧化的破坏作用，通常在纯氧化锆中加入适量立方晶型氧化锆中加入适量立方晶型氧化物，这类氧化物的金属离子物，这类氧化物的金属离子半径与半径与Zr4+相近。如：相近。如：Y2O3、MgO、CaO、CeO。与氧化。与氧化锆形成立方固溶体，避免体锆形成立方固溶体，避免体积变化。积变化。MfAsAfAsAfMfMs单斜四单斜四方相变方相变四方单四方单斜转变斜转变1600烧结烧结1400烧结烧结图图7.4 ZrO2Y2O3二元相图二元相图10002000CTMT+CM+CPSZ FSZTZP稳定化氧化锆（稳定化氧化锆（FSZ）：）：由于由于Y2O3加入量较高，使得相图中的氧加入量较高，使得相图中的氧化锆完全处于立方相区，冷却后形成立化锆完全处于立方相区，冷却后形成立方氧化锆。完全不出现四方及单斜相方氧化锆。完全不出现四方及单斜相部分稳定氧化锆（部分稳定氧化锆（PSZ）：）：Y2O3的加入量使得氧化锆在高温下处于的加入量使得氧化锆在高温下处于四方和立方相的并存区，冷却后其中的四方和立方相的并存区，冷却后其中的四方相备亚稳保存下来。四方相备亚稳保存下来。亚稳定氧化锆（亚稳定氧化锆（TZP）：）：Y2O3的加入量使得高温下氧化锆全部为的加入量使得高温下氧化锆全部为四方相，冷却后四方氧化锆全部亚稳存四方相，冷却后四方氧化锆全部亚稳存在在（1）电熔合成法（工业纯）电熔合成法（工业纯YSZ）使用锆英石（使用锆英石（98），按需要配入稳定剂），按需要配入稳定剂Y2O3，CaO，MgO在电炉中熔融或在电炉中熔融或者使氧化锆熔融分解，除去者使氧化锆熔融分解，除去SiO2得到结晶块，经过粉碎、分选得到氧化锆得到结晶块，经过粉碎、分选得到氧化锆 粉末。粉末。锆英石锆英石 稳定剂稳定剂 炭粉炭粉 混合混合 电熔电熔 骤冷骤冷 破碎破碎 热处理热处理 稳定氧化锆稳定氧化锆 锆英石锆英石 炭粉炭粉 混合混合 电熔电熔 骤冷骤冷 破碎破碎 热处理热处理 稳定氧化锆稳定氧化锆 加稳定加稳定剂混合剂混合 电熔电熔 骤冷骤冷 一次电熔法一次电熔法 二次电熔法二次电熔法 7.3.2.2 稳定氧化锆粉料制取稳定氧化锆粉料制取 （2 2）碱熔融法（高纯氧化锆）碱熔融法（高纯氧化锆）600-1000锆英石加入锆英石加入NaOH或或Na2CO3ZrSiO4+4NaOH Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O(6001000)水解形成水合氢氧化锆，硫酸浸出纯化形成浓的锆氧基硫酸盐，加氨水获得水解形成水合氢氧化锆，硫酸浸出纯化形成浓的锆氧基硫酸盐，加氨水获得Zr5O8（SO4）xH2O沉积，再在沉积，再在7001300煅烧获得单斜氧化锆细粉。煅烧获得单斜氧化锆细粉。纯度纯度 达到达到99.5（3 3）高温合成）高温合成碱熔融法制备的的氧化锆与氧化钇球磨，碱熔融法制备的的氧化锆与氧化钇球磨，压坯压坯14001800保温保温46h进行稳定化，进行稳定化，再次进行粉碎球磨烘干过筛得到各种粒度粉料。再次进行粉碎球磨烘干过筛得到各种粒度粉料。7.3.2.2 稳定氧化锆粉料制取稳定氧化锆粉料制取 7.3.2.3 稳定氧化锆制备稳定氧化锆制备 为了改善工艺性能可以采用在不同温度下稳定化的混合粉为原料，例如为了改善工艺性能可以采用在不同温度下稳定化的混合粉为原料，例如将高于将高于1700稳定的粉料与稳定的粉料与1450稳定的粉料混合，加入适当的粘合剂，采稳定的粉料混合，加入适当的粘合剂，采用注浆成型后在中性或者氧化性气氛下用注浆成型后在中性或者氧化性气氛下16501850保温保温24hr烧成，粗烧成，粗颗粒多则体积收缩小，细颗粒多，则产品密度高。有时为了降低烧结温度，颗粒多则体积收缩小，细颗粒多，则产品密度高。有时为了降低烧结温度，加入加入Al2O3。由于稳定氧化锆具有很高的膨胀系数，为了提高制品的抗热震性，有时由于稳定氧化锆具有很高的膨胀系数，为了提高制品的抗热震性，有时加入部分稳定的氧化锆或在稳定的氧化锆中加入未稳定的氧化锆配料。加入部分稳定的氧化锆或在稳定的氧化锆中加入未稳定的氧化锆配料。7.3.2.3 稳定氧化锆的性质稳定氧化锆的性质 纯纯氧氧化化锆锆的的熔熔点点为为2715，加加入入15mo1MgO或或CaO后后熔熔点点为为2500。在在01500内内热热膨膨胀胀系系数数约约为为(8.811.8)106，热热导导率率1.62.03Wm-1-1。烧烧结结后后稳稳定定氧氧化化锆锆约约含含有有5的的气气孔孔，密密度度5.6gcm3，莫莫氏氏硬硬度度7，其弹性模量比氧化铝小的多，约为其弹性模量比氧化铝小的多，约为1.7 105MPa(氧化铝约为氧化铝约为3.7 105MPa)。7.3.2.4 稳定氧化锆用途稳定氧化锆用途稳稳定定氧氧化化锆锆耐耐火火度度高高，比比热热与与导导热热系系数数小小，是是理理想想的的高高温温隔隔热热材材料料，可可以以用用做做高高温温炉炉内内衬衬，也也可可作作为为各各种种耐耐热热涂涂层层，改改善善金金属属或或低低耐耐火火陶陶瓷瓷的的耐耐高高温温、抗腐蚀能力。抗腐蚀能力。稳稳定定氧氧化化锆锆化化学学稳稳定定性性好好，高高温温时时仍仍能能抗抗酸酸性性和和中中性性物物质质的的腐腐蚀蚀。但但不不能能抵抵抗抗碱碱性性物物质质的的腐腐蚀蚀。周周期期表表中中第第，族族金金属属元元素素与与其其不不发发生生反反应应，可可以以用用来来作作为为熔熔炼炼这这些些金金属属的的坩坩埚埚。特特别别适适于于铂铂、把把、铷铷、铑铑、铱铱等等金金属属的的冶冶炼炼与与提提纯纯。稳定氧化锆对钢水也很稳定，可以作为连续铸锭用的耐火材料。稳定氧化锆对钢水也很稳定，可以作为连续铸锭用的耐火材料。纯纯氧氧化化锆锆是是良良好好的的绝绝缘缘体体，空空温温电电阻阻率率为为10131014cm，随随温温度度升升高高，电电阻阻率率迅迅速速下下降降，加加入入稳稳定定剂剂可可进进一一步步降降低低电电阻阻率率。如如果果加加入入少少量量MgO，1000时时的的电电阻阻率率为为 104cm，1700时时 为为 6 7cm；加加 入入 13mol CaO后后 1000时时 的的 电电 阻阻 率率 为为13cm。由由于于其其明明显显的的高高温温离离子子导导电电特特性性，可可作作为为2000使使用用的的发发热热元元件件，高高温温电电极极材料材料(如磁流体发电装置中的电极如磁流体发电装置中的电极)，还可用作产生紫外线的灯。，还可用作产生紫外线的灯。此此外外利利用用稳稳定定氧氧化化锆锆的的氧氧离离子子传传导导特特性性，可可制制成成氧氧气气传传感感器器，进进行行氧氧浓浓度度的的检检测测。目目前前，稳稳定定氧氧化化锆锆陶陶瓷瓷氧氧量量计计，可可作作为为气气体体、液液体体或或钢钢水水氧氧含含量量连连续续测测量量装装置置，也用于对汽车燃料是否充分燃烧的测量与控制。也用于对汽车燃料是否充分燃烧的测量与控制。1989年发现年发现,在稳定化的在稳定化的ZrO2板的两边氧浓度不同时会产生电动势，其大小为：板的两边氧浓度不同时会产生电动势，其大小为：在阴极：在阴极：1/2O2+2e O2-在阳极：在阳极：O2-1/2O2+2e 即即氧氧离离子子和和电电子子由由阴阴极极向向阳阳极极,即即由由高高氧氧分分压压一一侧侧向向低低氧氧分分压压一一侧侧移移动动。在在阴极、阳极之间产生一电动势。阴极、阳极之间产生一电动势。氧化锆全陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨、耐腐蚀、无油自润滑、耐高温、耐氧化锆全陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨、耐腐蚀、无油自润滑、耐高温、耐高寒等特点，可用于极度恶劣环境及特殊工况。目前氧化锆陶瓷轴承已被微型冷高寒等特点，可用于极度恶劣环境及特殊工况。目前氧化锆陶瓷轴承已被微型冷却风扇所采用，其产品寿命及噪音稳定性均优于传统的滚珠及滑动轴承系统，富却风扇所采用，其产品寿命及噪音稳定性均优于传统的滚珠及滑动轴承系统，富士康公司率先在电脑散热风扇上采用了氧化锆陶瓷轴承。士康公司率先在电脑散热风扇上采用了氧化锆陶瓷轴承。氧化锆陶瓷轴承氧化锆陶瓷轴承氧化锆陶瓷刀具氧化锆陶瓷刀具 氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、不氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、不会与食物发生反应的特点，同时刀体光泽如玉，是当今世界理想的高科技绿色刀具，会与食物发生反应的特点，同时刀体光泽如玉，是当今世界理想的高科技绿色刀具，目前市场主要产品有：氧化锆陶瓷餐刀、剪刀、剃须刀、手术刀等，近几年在欧、目前市场主要产品有：氧化锆陶瓷餐刀、剪刀、剃须刀、手术刀等，近几年在欧、美、日、韩等地已开始流行。美、日、韩等地已开始流行。制备制备Y2O3固溶的固溶的ZrO2粉末和粉末和TZP/Al2O3粉末过程如下：粉末过程如下：Y2Cl3+ZrOCl28H2O Y(OH)3+Zr(OH)4 ZrO2(Y2O3)氨水氨水粉末制备工艺：粉末制备工艺：部分稳定氧化锆对原料颗粒有较严格的要求，一般用液相法制备粉末部分稳定氧化锆对原料颗粒有较严格的要求，一般用液相法制备粉末氧化钇含量一般氧化钇含量一般34mol。7.3.2.5 部分稳定的氧化锆部分稳定的氧化锆 （1 1）共沉淀法）共沉淀法 羟基氯化锆与氯化钇水溶液中滴入氨水形成羟基氯化锆与氯化钇水溶液中滴入氨水形成氢氧化物溶胶共沉淀，过滤水洗干燥煅烧得到含氢氧化物溶胶共沉淀，过滤水洗干燥煅烧得到含Y Y2 2O O3 3的粉末。的粉末。（2 2）加水分解法）加水分解法 共沉淀法获得的混合物煮沸加水分解得到溶共沉淀法获得的混合物煮沸加水分解得到溶胶，焙烧胶，焙烧ZrOCl2的热分解的热分解（3 3）醇盐加水分解法）醇盐加水分解法 醇盐水解缩聚干燥焙烧醇盐水解缩聚干燥焙烧（4 4）热分解法）热分解法 锆与钇的混合盐溶液直接喷雾或冷冻干燥锆与钇的混合盐溶液直接喷雾或冷冻干燥或喷雾燃烧。或喷雾燃烧。（5 5）溶胶凝胶法）溶胶凝胶法 pH pH值调整获得凝胶物质干燥煅烧值调整获得凝胶物质干燥煅烧合成锆盐：合成锆盐：ZrClZrCl4 4加入适量醇溶解成溶液，加入加入适量醇溶解成溶液，加入NHNH3 3、催化剂形成醇盐催化剂形成醇盐在上面的溶液中加入醇置于容器中搅拌配成组分在上面的溶液中加入醇置于容器中搅拌配成组分A A溶胶溶胶一定比例的水和上面的醇混合为组分一定比例的水和上面的醇混合为组分B B在搅拌作用下，将在搅拌作用下，将B B滴入滴入A A中，调节合适条件，得到凝胶，在一定温度下热中，调节合适条件，得到凝胶，在一定温度下热处理得到氧化锆粉末处理得到氧化锆粉末（6 6）水热法）水热法 锆盐与钇盐在锆盐与钇盐在120120200200水中加热，水解获得水中加热，水解获得1975年研制成功，断裂韧性及强度非常高，被称为年研制成功，断裂韧性及强度非常高，被称为陶瓷钢陶瓷钢，其，其断裂韧性高达断裂韧性高达1530MPam1/2，弯曲强度达到，弯曲强度达到2000MPa。制品性能制品性能性能性能高强型高强型高抗热震型高抗热震型弯曲强度弯曲强度/MPa690600断裂韧性断裂韧性MPam1/2815抗压强度抗压强度18501800密度密度5.755.7抗热震温差抗热震温差T/300500 部分稳定氧化锆陶瓷的制备部分稳定氧化锆陶瓷的制备 采用高纯超细粉末，含采用高纯超细粉末，含3-4的的Y2O3稳定剂，经造粒、成型、在空稳定剂，经造粒、成型、在空气或者氧化气氛下气或者氧化气氛下1450-1700烧结，为了防止晶粒长大，尽可能烧结，为了防止晶粒长大，尽可能采用较低的烧结温度。温度过低成瓷性能差，温度过高变形大，韧采用较低的烧结温度。温度过低成瓷性能差，温度过高变形大，韧性差。性差。韧化陶瓷韧化陶瓷 适当提高烧结温度使适当提高烧结温度使TZP组织中一部分晶粒长大到超过相转变临组织中一部分晶粒长大到超过相转变临界尺寸界尺寸DC,则冷却时则冷却时D DC的晶粒转变为单斜相，在室温下得到单的晶粒转变为单斜相，在室温下得到单斜与四方共存的双相组织。这种组织在斜与四方共存的双相组织。这种组织在应力诱发相变韧化应力诱发相变韧化和和微裂纹微裂纹韧化韧化等多种复合韧化作用下可以获得很高的韧性。等多种复合韧化作用下可以获得很高的韧性。可用于：气缸内壁、活塞、盖板、气门座，轴承可用于：气缸内壁、活塞、盖板、气门座，轴承 由于不与生物发生反应，可用于生物陶瓷材料。由于不与生物发生反应，可用于生物陶瓷材料。刀具类刀具类可作为陶瓷刀具和特殊用途的医用、工业用刀具，不锈、无磁性，与可作为陶瓷刀具和特殊用途的医用、工业用刀具，不锈、无磁性，与生物亲和好。生物亲和好。滑动部件滑动部件利用其耐磨性、与金属不亲和性，可做拔丝模、拉管模、丝轨、轴承、利用其耐磨性、与金属不亲和性，可做拔丝模、拉管模、丝轨、轴承、喷嘴、泵部件、粉碎机部件等。喷嘴、泵部件、粉碎机部件等。隔热材料隔热材料热导率仅为热导率仅为Al2O3的的1/10，ZrO2纤维毡、板等是良好的隔热材料，用纤维毡、板等是良好的隔热材料，用作高温炉的保温隔热材料可大大减小尺寸，作为内燃机部件也可以降作高温炉的保温隔热材料可大大减小尺寸，作为内燃机部件也可以降低热损失。低热损失。部分稳定氧化锆陶瓷的用途部分稳定氧化锆陶瓷的用途 氧化锆拉丝模与研磨环氧化锆陶瓷轴承氧化锆陶瓷轴承陶瓷厨具和办公用品陶瓷厨具和办公用品手表表壳手表表壳光通讯用光纤陶瓷插芯光通讯用光纤陶瓷插芯光纤连接器光纤连接器 氧化锆陶瓷人工关节球氧化锆陶瓷人工关节球陶瓷关节陶瓷关节ZrO2 增韧陶瓷机理增韧陶瓷机理u陶瓷材料虽然有许多优越的特性，如高温力学性能、抗化学侵蚀性能、电绝缘性、较高的硬度和耐磨性等。但由于其结构决定了陶瓷材料缺乏象金属那样在受力状态下发生滑移引起塑性变形的能力，容易产生缺陷，存在裂纹，且易于导致高度的应力集中，因而决定了陶瓷材料脆性的本质。u因此，改善陶瓷材料的脆性是陶瓷学家的长期关注的问题。近年来，纤维补强及氧化锆相变增韧在实践中被证实对改善陶瓷的脆性以及强化陶瓷是两条有效的途径。1、ZrO2相变增韧机理u利用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(martemsitic transformation)来实现的。uZrO2增韧机制有许多种：应力诱导相变增韧、相变诱发微裂纹增韧、表面诱发强韧化等。1）相变增韧vZrO2 颗粒弥散在其它陶瓷基体中，当基体对ZrO2颗粒有足够的正应力，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 仍可以保持四方相。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，这就是ZrO2 的相变增韧。诱导相变增韧诱导相变增韧 ZrO2Y2O3二元相图二元相图10002000CTMT+CM+CPSZ FSZTZP四方相被亚稳至室温，由于四方相被亚稳至室温，由于空间限制没有发生相变，处空间限制没有发生相变，处于于压应力压应力状态状态 氧化锆相变的能量变化可以用下式表示：氧化锆相变的能量变化可以用下式表示：Um/t=-Uchem+UT-Ua+S 其中：其中：Um/t：单位体积相变引起的自由能变化：单位体积相变引起的自由能变化 Uchem：单斜相与四方相之间的化学自由能差：单斜相与四方相之间的化学自由能差 UT：相变弹性应变能的变化：相变弹性应变能的变化 Ua：外力引发相变所消耗的能量：外力引发相变所消耗的能量 S：单斜相与四方相的界面能之差，与其它项相比，较小，：单斜相与四方相的界面能之差，与其它项相比，较小，可忽略。可忽略。Um/t0时发生相变时发生相变 即：即：UchemUT-Ua Ua1/2aV 1/2aV 其中其中a为外加应力，为外加应力，为外加应力引起的应变，单位体积，为外加应力引起的应变，单位体积，V=1GchemUaUT 相变增韧的能量条相变增韧的能量条件件 T相相m相相相转变的必要条件：相转变的必要条件：a（UT-Uchem）/(/2)0相变增韧的临界晶粒尺寸条件：相变增韧的临界晶粒尺寸条件：存在一个临界晶粒直径存在一个临界晶粒直径DC，D DC时易发生相转变，四方相不能被稳定到室温时易发生相转变，四方相不能被稳定到室温D DC时不易发生相转变，四方相可以冷却到室温稳定存在。时不易发生相转变，四方相可以冷却到室温稳定存在。因此只有因此只有D DC的晶粒发生相变而产生裂纹的晶粒发生相变而产生裂纹 其中有些晶粒虽然满足其中有些晶粒虽然满足D DC但是相变所产生的体积变化只能在周围产生残但是相变所产生的体积变化只能在周围产生残余应力，不足以产生裂纹，产生裂纹还有一个更高的临界裂纹直径余应力，不足以产生裂纹，产生裂纹还有一个更高的临界裂纹直径Dm，只有只有D Dm时才产生微裂纹。时才产生微裂纹。Dm D DC时可以发生相变但是不产生微裂纹，只产生残余应力。时可以发生相变但是不产生微裂纹，只产生残余应力。（2 2）D D DI的晶粒才能发生相变应力诱发微裂的晶粒才能发生相变应力诱发微裂纹。纹。在主裂纹的扩展过程中，遇到这些微裂纹时，因为微裂纹的存在而使主裂纹在主裂纹的扩展过程中，遇到这些微裂纹时，因为微裂纹的存在而使主裂纹分散，改变了主裂纹的传播方式。分散，改变了主裂纹的传播方式。微裂纹增韧机理：微裂纹增韧机理：氧化锆中微裂纹的产生（两类微裂纹）：氧化锆中微裂纹的产生（两类微裂纹）：基体化学组成和基体化学组成和ZrO2弥散相的含量对弥散相的含量对ZrO2相变温度的影响相变温度的影响能溶于氧化锆中的其它参杂物都能减少能溶于氧化锆中的其它参杂物都能减少ZrO2的相变自由能差的相变自由能差Um/t，降低相变温降低相变温度，因此度，因此ZrO2粒子越小，溶质的浓度越大，即粒子越小，溶质的浓度越大，即Um/t越小，所以小颗粒的越小，所以小颗粒的tZrO2向向m相的转变温度低，有利于相变增韧。相的转变温度低，有利于相变增韧。t相含量越高，可相变的相含量越高，可相变的t相体积分数越高则断裂韧性越好。但是如果不加稳定剂，相体积分数越高则断裂韧性越好。但是如果不加稳定剂，即使即使ZrO2颗粒小到颗粒小到0.025m，可相变的，可相变的t相含量也很少。并不是所有的相含量也很少。并不是所有的t相晶粒都相晶粒都能相变的。能相变的。在在ZrO2增韧增韧Al2O3中，包裹在中，包裹在Al2O3晶粒内的晶粒内的t-ZrO2最难相变；处于最难相变；处于Al2O3晶界或晶界或晶界交叉位置的次之，接下来是相邻的晶界交叉位置的次之，接下来是相邻的t-ZrO2，多个，多个t-ZrO2在一起的最容易相变。在一起的最容易相变。这是由于这是由于Al2O3晶体对相变的抑制作用。晶体对相变的抑制作用。2004006004080 120 160保温时间保温时间断裂强度断裂强度断裂能断裂能烧结温度烧结温度t相含量相含量1250 1350 1450 1550 1650204060801002hr5hr15hr50hr析出的析出的m相最多，继续保温则相最多，继续保温则t相相长大稳定性差，冷却易相变。长大稳定性差，冷却易相变。10501001050100m相含量相含量t相含量相含量强度强度1005003)表面残余压应力增韧表面残余压应力增韧 控制氧化锆使其表面发生四方单斜相变，获得表面压应力控制氧化锆使其表面发生四方单斜相变，获得表面压应力裂纹多起始于表面裂纹多起始于表面裂纹为拉应力状态裂纹为拉应力状态手段：研磨或喷砂手段：研磨或喷砂化学方法化学方法快速低温处理快速低温处理氧化锆增韧陶瓷氧化锆增韧陶瓷 氧化锆增韧氧化铝陶瓷氧化锆增韧氧化铝陶瓷 氧化锆粒度必须小于室温临界相变直径氧化锆粒度必须小于室温临界相变直径 制备制备Al2O3、ZrO2、Y2O3均匀超细粉末均匀超细粉末Al2O3粉末粉末+无无水乙醇水乙醇ZrO2（Y2O3）粉末粉末快速搅拌沉淀快速搅拌沉淀烘干烘干过滤过滤研磨研磨Al2O3、ZrO2、Y2O3粉末粉末YCl3ZrOCl28H2OAlCl3Y（OH）3Zr(OH)4Al(OH)3ZrO2（Y2O3）/Al2O3 氨水氨水加热加热过滤水洗过滤水洗 无水乙醇脱水无水乙醇脱水 干燥（干燥（80）研细研细 煅烧（煅烧（840）研细研细 Al2O3、ZrO2、Y2O3粉末粉末 混合溶液混合溶液 雾化雾化 ZrOCl28H2OY2O3+HCl混合溶液混合溶液 雾化雾化 Zr、Y共共沉淀沉淀Al2O3水水悬浮液悬浮液过滤过滤无水乙无水乙醇脱水醇脱水干燥干燥（80）煅烧煅烧（840）研细研细 Al2O3、ZrO2、Y2O3粉末粉末 Al2O3包裹（包裹（ZrO2、Y2O3）体系）体系 制备材料的关键是要制备材料的关键是要ZrO2均匀分散，使均匀分散，使Al2O3颗粒包裹颗粒包裹ZrO2，从，从而使相变产生良好的增韧效果。而使相变产生良好的增韧效果。热压或者热压或者热等静压热等静压热压或者热压或者热等静压热等静压成型方法成型方法烧结烧结几种典型的ZrO2增韧陶瓷 通常的ZrO2 增韧陶瓷有：ZrO2-MgO，ZrO2-Al2O3，ZrO2-Y2O3，ZrO2-CaO，现在发展了ZrO2-CeO2，Y2O3-ZrO2-HfO2等。此外还有晶须(纤维)-ZrO2复合增韧陶瓷。7.3.2.7 增韧陶瓷增韧陶瓷 氧化锆增韧陶瓷的断裂韧性氧化锆增韧陶瓷的断裂韧性 可可以以将将氧氧化化锆锆的的各各种种增增韧韧机机制制作作用用于于其其它它陶陶瓷瓷材材料料的的增增韧韧，如如：氧氧化化锆锆增增韧韧氧氧化化铝铝（ZTA），氧氧化化锆锆增增韧韧莫莫来来石石（ZTM），氧氧化化锆锆增增韧韧氮氮化化硅硅，碳碳化化硅硅等等都都取取得得了了一一定定的的效效果果。其其中中增增韧韧氧氧化化铝铝效效果果最最为为显显著著，因因为为氧氧化化铝铝热热膨膨胀胀系系数数大大，弹弹性性模模量量高高，烧烧结结冷冷却却后后对对氧氧化化锆锆颗颗粒粒的的束束缚缚作作用用强强，临临界界直直径径Dc较较大大，四四方方氧氧化化锆锆颗颗粒粒可可以以更更多多更更有有效效地地保保留留下下来来，增增韧韧效效果果也也比比较较明明显显，Si3N4热热膨膨胀胀系系数数较较小小，冷冷却却后后对对氧氧化化锆锆颗颗粒粒的的束束缚缚比比较较弱弱，只只有有特特别别细的四方氧化锆颗粒可以有效地保留下来，因此增韧效果也比较差。细的四方氧化锆颗粒可以有效地保留下来，因此增韧效果也比较差。材料材料Al2O3Si3N4SiC烧结烧结热压热压烧结烧结热压热压热压热压不增韧材料不增韧材料4454556451525 ZrO2121314799用氧化锆增韧的陶瓷材料的性能材料材料陶瓷基体陶瓷基体ZrOZrO2 2增韧陶瓷增韧陶瓷K KICIC抗弯强度抗弯强度K KICIC抗弯强度抗弯强度立方立方ZrO22.418023200300PSZ68600800TZP71210002500Al2O34500585001300莫来石莫来石1.815045400500尖晶石尖晶石218045350500堇青石堇青石1.41203300烧结烧结Si3N4560067700900