防止氧化锆陶瓷低温老化有哪些方法？

经过上文的介绍，氧化锆陶瓷低温老化的原因想必大家已经了解了一些，那么有没有一些方法可以防止它老化呢？下面科众陶瓷厂将告诉大家几种方法。

氧化锆陶瓷的LTD 与t→m转变势垒(ΔGt-m)、氧空位浓度和残余应力大小有关，因此要想抑制LTD可以从控制这3方面入手。而影响这3方面的因素主要包括有:晶粒尺寸、添加剂的含量、烧结温度、保温时间和表面处理方式等。
 

1、提高转变势垒

t→m转变过程中自由能的变化如下所示：

其中：Gc为化学自由能的变化；Gse为应变自由能的变化；Gs为表面自由能的变化。要抑制t–m转变，就得提高转变势垒Gt-m。通过加入氧化钇、氧化铈等可以提高Gc，增加基体的弹性模量可以提高Gse，降低晶粒大小可以提高Gs。

氧化锆陶瓷隔板

Hallmann等发现：为使Y-TZP具有最大的抗低温劣化能力，氧化锆的最大晶粒尺寸应控制在0.3~0.4μm。Xiong等制备出平均晶粒尺寸约为50nm的3Y-TZP，时效处理之后，发现不存在明显的低温劣化。Fabbri等发现氧化锆增强氧化铝复合物中氧化铝的存在提高了t→m转变的阈值，使材料具有杰出的抗老化能力。
 

2、氧空位

为抑制LTD的发生，可以降低晶粒大小或增加氧化钇的含量，但这2种方法都会降低氧化锆的断裂韧性。因此，研究人员开始采用掺杂的方法来抑制LTD的发生。当掺杂三价氧化物的阳离子半径(Men+)大于或小于锆离子时，在偏析驱动力作用下掺杂阳离子会在晶界处偏析。掺杂后为保持电荷平衡会在晶界处产生氧空位，偏析的阳离子(Me’Zr)与氧空位(Vö)相结合，从而打断了由于OH–扩散造成的氧空位的耗散，抑制LTD。
 

Zhang等也通过掺杂阳离子半径不同于锆离子的氧化物来提高材料的抗LTD能力。结果表明：0.2%（质量分数）La2O3和0.10%~0.25%Al2O3共掺杂到3Y-TZP中材料具有优异的长期稳定性。但氧化铝的加入会影响3Y-TZP的透明度，故需要控制其加入量，Zhang发现Al2O3的添加量为0.25wt%时，抑制LTD效果最佳。

Al3+在晶界处均匀分布（左：3Y-0.25Al的晶界图 右：Al3+的分布）

此外，通过加入少量的氧化硅也可以抑制LTD。因为氧化硅分布在多个氧化锆晶粒结合处，能够降低三晶交汇点处的残余应力，减少应力集中，提高材料的抗老化能力。Samodurova等将氧化铝和氧化硅共掺杂到3Y-TZP中，起到了很好的抗老化效果，且未对材料断裂韧性造成影响。