关于氧化锆陶瓷相变增韧机理的理论解释

科众陶瓷厂上文给大家介绍了氧化锆陶瓷的相变过程，下面我们一起来了解下氧化锆相变增韧机理。

四方相氧化锆受外力（温度和应力）的影响，氧化锆从四方结构向单斜结构转变时产生效应，吸收破坏的能量，抑制裂纹的变化和延伸。此变化称为马氏体转变。可分为烧成冷却过程中相变和使用过程中相变，前者是温度诱导，后者是应力诱导。

氧化锆相变增韧机理，主要由如下理论组成。

t→m相变尺寸效应示意图

解析：

临界尺寸dc。d>dc的晶粒，室温下已经转变为m相；d<dc的晶粒，室温下仍保留为t相；只有d<dc的晶粒，才可能产生韧化作用。

应力诱发相变的临界粒径d1。t相的稳定性随粒径的减小而增加。当承载时，裂纹尖端应力能诱发部分颗粒产生t&harr;m相变。

诱发显维裂纹的临界直径dm。当d>dc的晶粒室温下为m相，由于相变的体积效应，产生显微裂纹或应力。d>dm的晶粒相变时，相变产生的积累变形大，诱发显微裂纹。dc>d>dm的晶粒相变时，相变产生的积累变形小，不足诱发显维裂纹，当其周围存在残余应力。

其相变增韧机制主要有：应力诱导相变、相变诱导微裂纹增韧，残余应力增韧等。

a、应力诱导相变增韧

部分稳定的氧化锆陶瓷，四方相颗粒分布于基体中。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仍可以保持四方相。

氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。当材料受到外界拉应力时，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，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。

1）ZrO2晶粒在室温下已经转化为m相，d<dc的晶粒室温下保留部分t相，才可能产生相变增韧作用。

2）相数量对陶瓷韧性的提高有直接影响，全t相的TZP材料是相变增韧效果最明显的材料。

3）相稳定性随晶粒直径减小而增大，因此，只有d>d1的室温亚稳t相才会对相变韧化作出贡献。

b、微裂纹增韧

部分稳定的ZrO2陶瓷在冷却过程中，存在相变，在基体中产生分布均匀的微裂纹。当材料受力时，主裂纹扩展过程中碰到原有微裂纹会分叉和改变方向，从而分散主裂纹尖端能量，提高了断裂能，称为微裂纹增韧。

微裂纹的产生：

1）自发相变微裂纹，即d>dm的晶粒相变时，相变产生的积累变形大，诱发显维裂纹。

2）应力诱发相变微裂纹，当承载时，裂纹尖端应力能诱发一部分d1<d<d< font="">c的颗粒产生t－m相变，并诱发出极细小的微裂纹。

c、残余应力增韧

dc>d>dm的晶粒相变时，相变产生的积累变形小，不足诱发显维裂纹，其周围存在残余压应力，导致材料强度和韧性的提高。

解析：脆性断裂通常是在张应力作用下,自表面开始,如果在表面造成一层残余压应力层,则在材料使用过程中表面受到拉伸破坏之前首先要克服表面上的残余压应力。

在了解了氧化锆的相变增韧机理之后，使我们对氧化锆陶瓷材料的使用更加放心，其优良特性深得众多工厂喜爱，氧化锆陶瓷可进行定制加工后制成为陶瓷棒，陶瓷板，陶瓷环等多种陶瓷零件。