几种典型的氧化锆增韧陶瓷及用途_行业资讯【科众陶瓷】

通常的氧化锆增韧陶瓷有：氧化锆 -Mg0，氧化锆 -氧化铝，氧化锆-Yz 03，氧化锆-Ca0。现在发展了氧化锆 -Ce02，Y2 03 -氧化锆-Hf02等。此外还有晶须（纤维）-氧化锆复合增韧陶瓷。其韧性如表2-1-10。

表2-1-10几种增韧陶瓷材料的KI c值

材料	Kic (MN . m-3/2)
ZrOl-Y203（假四方晶）	6～9
氧化锆-Ca0(析出强化)	9. 6
氧化锆-Mg0(析出强化)	5. 7
氧化锆（部分稳定化一稳定相）	1. 1
氧化锆-A12 0a	9. 8
Sia N4	4. 8～5. 8
SiC	3. 4
B4C	6. 0
Alz Oa	4. 5
尖晶石单晶	1. 3

从上表看出，增韧后的陶瓷材料，比以往的结构材料Sia N4、SiC等的力学性能高得多。下面就主要的几种增韧陶瓷分述加下：

1.氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)

在用氧化锆增韧的陶瓷材料中，以氧化锆增韧氧化铝陶瓷的效果最佳。如图2-1-23所示。

关于氧化锆增韧机理，在前面已经论述，现就氧化锆增韧A12 03的工艺等方面进行讨论。

良好的工艺是获得氧化锆增韧增强A12 0u陶瓷显著效果的关键。当然随着现代科技的发展和进步，随着工艺方面的不断改进，其增韧效果也不断改善。在工艺上，首先是获得优质的粉末，当然粉末的制备可以有不同的方法。不管采用何种方法，其氧化锆的颗粒细度要小，要不大于Dn（室温临界相转变直径），而且颗粒度分布范围要窄。目的是为了使 ZTA陶瓷中同时获得应力诱导相变增韧和微裂纹增韧两种机制。

下面介绍几种获得d -AIz Oj、氧化锆、Yz0。均匀超细粉末的工艺方法。

口-A12 03粉末的制备是NH4 HCO,与NH4 Al (S04)2.12HzO合成NH4 AI(OH)：CO。，然后经1260℃煅烧转化成口-Al20。其工艺流程如下：

氧化锆 (Yz 03)粉末是采用共沉淀法制备的。将Y2 03溶于盐酸后与ZrOC12 - 8H20的水溶液混合，配成浓度为1．O% (mol)的盐溶液，以喷雾方式加入温度恒定在40℃的稀氨水中(pH=9)．并快速搅拌以提高沉淀时成核速率，使沉淀时絮凝小，沉淀颗粒细。沉淀物经减压过滤，水洗去Cl一离子（可用AgN03检验），为减少组分流失，水洗时蒸馏水中加数滴氨水，使其pH=9。再用无水乙醇冼几次（防止团聚）。经烘干磨细后在840℃煅烧，即得到氧化锆(YZ 03)粉末。

氧化锆 (Yz 03 )-A1203粉末的制备工艺有混合法、共沉淀法和沉淀包裹法。其工艺流程

如下：
(1)混合法

(2)共沉淀法

(3)沉淀包裹法

实践表明，工艺方法不同，所得粉末的性能、成型性能、烧结性能和韧化性能也是不同的。

上面三种工艺方法，其性能结果列于表2-1-11。裹2-1-11不同工艺流程制备的粉末及其烧结体的性质

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┃工艺 ┃ D ┃ 粉末 ┃比表面积 ┃生坯 ┃A12 03 ┃烧结 ┃体积 ┃线收缩 ┃ ┃保留￡Zr()： ┃

┃ ┃ ┃ ┃ ┃密度 ┃ ┃密度 ┃ ┃ ┃分散性 ┃ ┃

┃流翟 ┃(pLm) ┃ 状态 ┃(m2／g) ┃ ┃晶型 ┃ ┃分数 ┃ (%) ┃ ┃ 体积分敬 ┃

┃ ┃ ┃ ┃ ┃(g/ems) ┃ ┃(g/cm3) ┃ ┃ ┃ ┃ ┃

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┃ 1 ┃ ┃ 球状 ┃ ┃ 2. 86 ┃ a -A12 0a ┃ 5. 19 ┃ 较高 ┃ 18.3 ┃ 差 ┃86. 2 Vu ( VoIJ ┃

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┃ 2 ┃ 0. 05 ┃多层片状 ┃ 178 ┃ 1. 89 ┃ y-AIz 03 ┃ 5. 00 ┃ 较高 ┃ 30.2 ┃ 均匀 ┃ 95%(vui) ┃

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┃ 3 ┃ 0. 02 ┃ 球状 ┃ ┃ 2. 69 ┃ r-AIz 03 ┃ 5. 20 ┃ 较高 ┃ 20.8 ┃ 均匀 ┃ 990/ (VoI) ┃

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为了进一步改善增韧效果，适当引入其他物质，形成固溶体，例如引入Mg0、Al。()。、【：c()及Hfoz等。当氧化锆中含有0.12%(mol) Mg0时，ZTA陶瓷的断裂韧性(KIc)有最大值。如图2-1-24所示。引入Alz Oa，可以抑制氧化锆晶粒长大。又如引入Hfoz，由于Hf07具有和氧化锆类似的结构和特性，而且由于它比氧化锆具有更高的M，（相转变温度）和A，（逆相变终止温度），同时还具有比氧化锆低的热膨胀系数和相变 t-氧化锆一m-氧化锆体积效应。因此Hf02有较高的耐高温性能和抗热震性。另一方面，由于Hf02高的姚温度, t-氧化锆向m-氧化锆的相变驱动力大，相变的临界颗粒尺寸也小，所以在冷却过程中，很难保存足够的t-氧化锆，这对相变增韧是有利的。但当Hf02-氧化锆固溶体中引入少量Y2 0a和采用特殊工艺手段，可以使Y2 0a -Hf02 -氧化锆固溶体获得较高的t-氧化锆，具有良好的增韧增强效果，同时可以改善ZTA陶瓷的高温性能。