氧化锆增韧陶瓷微观结构与断裂行为的关系

氧化锆增韧陶瓷是一种复合型陶瓷，它具备了氧化锆陶瓷以及增韧剂陶瓷的两种优良性能，但在外力的作用下还是会易碎，这跟其微观结构也有一定的联系，下面科众陶瓷厂带大家一起了解一下。

由于构成陶瓷的粒子或原子是由离子键和共价键结合起来的所以陶瓷按其物质结构的本质来说强度应该是很高的。但陶瓷内部气孔、杂质、微裂纹等大量缺陷的存在,导致在外力作用下在缺陷处往往产生应力集中,使陶瓷的强度远较理想状态低。

氧化锆陶瓷棒

陶瓷的力学性能在很大程度上取决于其各种显微结构的变化,特别是作为结构敏感参数的断裂能,其不仅与材料的组成、显徽结构有关,而且与材料的制备工艺过程密切相关关。因此探索显徽结构参数与工艺、性能间的内在联系,严格控制、改善制备工艺条件以达到材料显徽结构的目的,已成为提高陶瓷材料性能的有效途径。

通过研究复合陶瓷的断裂微观过程,以期建立断面特征、组织、性能之间的内在联系以便指导材料的制备。裂纹的扩展总是沿着应力场的薄弱环节(即平行于压应力轴、垂直于张应力轴的方向)进行的,即使压应力区不可避免,也会沿着压应力最小的路径扩展。

有研究通过透射电镜观察发现,相变增韧材料的断口为沿晶与穿晶混合型,而晶内型纳米复合陶瓷材料的断口以穿晶断裂为主。

氧化铝陶瓷板

对于材料断裂方式改变的原因有两种解释:一种是纳米复合陶瓷材料的晶界强度并未增强,且由于其晶粒强度远远弱于单相陶瓷晶粒的强度,而导致裂纹向晶粒内扩展;另一种是纳米复合陶瓷材料的晶界强度显著增强,阻止了裂纹的沿晶断裂,迫使裂纹从晶粒内穿过。

但稍作分析便不难看出,第一种假设纳米复合陶瓷材料中裂纹穿晶断裂所消耗的能量必然低于单相陶瓷中沿晶断裂所消耗的能量,其结果是导致纳米复合陶瓷材料的力学性能低于单相陶瓷,而这与已发表的大量文献和本研究的结果不相符,故笔者认为纳米复合陶瓷力学性能的提高与其晶界强度的增强相关。