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穩定氧化鋯陶瓷的研究現狀,中國建材網,cnprofit.com
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穩定氧化鋯陶瓷的研究現狀
2020年12月14日    閱讀量:331    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

氧化鋯是20世紀70年代發展起來的新型結構陶瓷, 具有優良的力學性能,應用廣泛。純氧化鋯從高溫冷卻到室溫的過程中將發生如下相變 :立方相(c)到四方相(t)到單斜相(m), 其中在1150℃左右會發生t到m相變 ,并伴隨約5%的體積膨脹 。如果將ZrO2的t到m相變點穩定到室溫,使其在承載時由應力誘發產生t到m相變,由于相變產生的體積效應而吸收大量的斷裂能,從而使材料表現出異常高的斷裂韌度,產生相變增韌,獲得高韌性高耐磨性 中國建材網cnprofit.com。


一、穩定劑對氧化鋯陶瓷的穩定作用

常見的ZrO2穩定劑是稀土或堿土氧化物,而且只有離子半徑與Zr4+半徑相差不超過40%的氧化物才能作為氧化鋯的穩定劑目前穩定機理還不十分清楚。加入不同量的穩定劑可獲得相組成不同的氧化鋯陶瓷 ,若使部分t-ZrO2 亞穩至室溫,就得到部分穩定氧化鋯(簡稱PSZ);若使 t- ZrO2 全部亞穩至室溫,獲得僅含四方氧化鋯的多晶體(簡稱TZP);若使 c- ZrO2亞穩至室溫, 獲得 c-ZrO2單相材料,即全穩定氧化鋯(簡稱 FSZ)。PSZ 和 TZP 中均含有可相變的四方相 ,是常用的相變增韌陶瓷, 作者主要對這兩類穩定氧化鋯陶瓷的研究進行綜述 。


二、常用穩定氧化鋯陶瓷的性能

單一穩定劑穩定的氧化鋯陶瓷


最初 ,Y2O3、MgO 、CeO 2 、CaO 等穩定劑主要是單獨加入氧化鋯 ,從而形成了不同穩定劑穩定的氧化鋯陶瓷,各穩定劑穩定 ZrO2 的實質大致相同 ,但經它們穩定后的ZrO2 性能卻不盡相同, 且相同穩定劑的添加量不同獲得的ZrO2性能也存在較大差別。應用中往往根據實際使用要求選擇添加合理、適量的穩定劑?,F將研究和應用較廣的三種氧化鋯陶瓷的特性作簡要概述。


2.1.1  Y-TZP

Y-TZP 中穩定劑Y2O3的原子分數(下同)通常在2%~3%。與其他陶瓷相比, Y-TZP 的燒結溫度低,大約在1400~1550℃,材料燒結性能好, 致密度高。該陶瓷具有優良的常溫力學性能,抗彎強度通常在1000 MPa以上,最高可達 2 GPa ,斷裂韌度一般在10~15 MPa · m1/2, 最高達30 MPa ·m 1/2。


2.1.2  Mg-PSZ

Mg-PSZ 與 Y-TZP 相比 ,其突出優點是在相對較高的溫度下具有優良的力學性能和抗蠕變性能,屬于使用溫度低于800 ℃的中常溫結構陶瓷材料。但是 Mg-PSZ 的研制和開發受到兩個不利因素的制約:一是MgO在ZrO2的立方區固溶溫度高達1700 ℃, 導致 Mg-PSZ的燒結溫度很高(一般在1700~1800 ℃), 使材料的制備和工業化十分困難;二是 Mg-PSZ在高于1000 ℃時易產生晶相分解和大量四方相失穩, 致使材料性能衰退, 嚴重制約其在高溫區的應用。


2.1.3  Ce-TZP

CeO2是一種較理想的氧化鋯穩定劑,作為穩定劑與Y2O3相比有如下優點 :價格低廉, 且能在較寬的范圍內與氧化鋯形成四方相固溶區 。在固溶范圍內, 可使 t 到m 的開始相變溫度大大降低。另一方面, Ce-TZP 的臨界相變晶粒尺寸比 Y-TZP 大,因此不需要超細粉末即可制得性能較好的氧化鋯陶瓷材料 。


多種穩定劑復合穩定的氧化鋯陶瓷


利用多種穩定劑的共同穩定作用可在一定程度上彌補相互間單獨穩定時的不足,不僅能夠改善材料的燒結性能,而且可以大大提高其力學性能。在 Y-TZP 中添加適量的  CeO2  , 利用 Ce-TZP良好的抗低溫水熱腐蝕性能, 可以有效地抑制低溫老化現象, 這已經成為提高 Y-TZP 低溫穩定性的重要途徑之一 。


三、其他穩定氧化鋯陶瓷材料

除以上幾種常用的穩定氧化鋯陶瓷材料外 , 近年來 ,有些研究者探討并研究了其他稀土氧化物穩定的氧化鋯陶瓷 。其中比較有代表性的穩定劑是Nb2O5 、Ta2O5、La2O3等。


四、結語

穩定氧化鋯陶瓷的研究取得了豐碩成果, 這不僅為氧化鋯陶瓷材料在工程上的實際應用創造了必要的條件 ,而且為多元復合強化氧化鋯基結構陶瓷的研制與開發打下了堅實的基礎 。但是必須看到,這些成果大多產生在試驗基礎上, 還缺乏必要的理論支持, 而且氧化鋯的有關穩定機理研究還存在較大空白, 所以 ,對氧化鋯穩定的相關理論研究, 將成為今后國內外研究者努力的重要方向 。


標簽:今日頭條,建材應用,技術中心,成品材料,瓷磚陶瓷
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