關(guān)于氧化鋯陶瓷相變增韌機理的理論解釋

科眾陶瓷廠(chǎng)上文給大家介紹了氧化鋯陶瓷的相變過(guò)程，下面我們一起來(lái)了解下氧化鋯相變增韌機理。

四方相氧化鋯受外力（溫度和應力）的影響，氧化鋯從四方結構向單斜結構轉變時(shí)產(chǎn)生效應，吸收破壞的能量，抑制裂紋的變化和延伸。此變化稱(chēng)為馬氏體轉變?？煞譃闊衫鋮s過(guò)程中相變和使用過(guò)程中相變，前者是溫度誘導，后者是應力誘導。

氧化鋯相變增韌機理，主要由如下理論組成。

t→m相變尺寸效應示意圖

解析：

臨界尺寸dc。d>dc的晶粒，室溫下已經(jīng)轉變?yōu)閙相；d<dc的晶粒，室溫下仍保留為t相；只有d<dc的晶粒，才可能產(chǎn)生韌化作用。

應力誘發(fā)相變的臨界粒徑d1。t相的穩定性隨粒徑的減小而增加。當承載時(shí)，裂紋尖端應力能誘發(fā)部分顆粒產(chǎn)生t&harr;m相變。

誘發(fā)顯維裂紋的臨界直徑dm。當d>dc的晶粒室溫下為m相，由于相變的體積效應，產(chǎn)生顯微裂紋或應力。d>dm的晶粒相變時(shí)，相變產(chǎn)生的積累變形大，誘發(fā)顯微裂紋。dc>d>dm的晶粒相變時(shí)，相變產(chǎn)生的積累變形小，不足誘發(fā)顯維裂紋，當其周?chē)嬖跉堄鄳Α?/p>

其相變增韌機制主要有：應力誘導相變、相變誘導微裂紋增韌，殘余應力增韌等。

a、應力誘導相變增韌

部分穩定的氧化鋯陶瓷，四方相顆粒分布于基體中。當基體對ZrO2顆粒有足夠的壓應力，而ZrO2的顆粒度又足夠小，則其相變溫度可降至室溫以下，這樣在室溫時(shí)ZrO2仍可以保持四方相。

氧化鋯中四方相向單斜相的轉變可通過(guò)應力誘發(fā)產(chǎn)生。當材料受到外界拉應力時(shí)，基體對ZrO2的壓抑作用得到松弛，ZrO2顆粒即發(fā)生四方相到單斜相的轉變，這種相變將吸收能量而使裂紋尖端的應力場(chǎng)松弛，增加裂紋擴展阻力，從而大幅度提高陶瓷材料的韌性。

1）ZrO2晶粒在室溫下已經(jīng)轉化為m相，d<dc的晶粒室溫下保留部分t相，才可能產(chǎn)生相變增韌作用。

2）相數量對陶瓷韌性的提高有直接影響，全t相的TZP材料是相變增韌效果最明顯的材料。

3）相穩定性隨晶粒直徑減小而增大，因此，只有d>d1的室溫亞穩t相才會(huì )對相變韌化作出貢獻。

b、微裂紋增韌

部分穩定的ZrO2陶瓷在冷卻過(guò)程中，存在相變，在基體中產(chǎn)生分布均勻的微裂紋。當材料受力時(shí)，主裂紋擴展過(guò)程中碰到原有微裂紋會(huì )分叉和改變方向，從而分散主裂紋尖端能量，提高了斷裂能，稱(chēng)為微裂紋增韌。

微裂紋的產(chǎn)生：

1）自發(fā)相變微裂紋，即d>dm的晶粒相變時(shí)，相變產(chǎn)生的積累變形大，誘發(fā)顯維裂紋。

2）應力誘發(fā)相變微裂紋，當承載時(shí)，裂紋尖端應力能誘發(fā)一部分d1<d<d< font="">c的顆粒產(chǎn)生t－m相變，并誘發(fā)出極細小的微裂紋。

c、殘余應力增韌

dc>d>dm的晶粒相變時(shí)，相變產(chǎn)生的積累變形小，不足誘發(fā)顯維裂紋，其周?chē)嬖跉堄鄩簯?，導致材料強度和韌性的提高。

解析：脆性斷裂通常是在張應力作用下,自表面開(kāi)始,如果在表面造成一層殘余壓應力層,則在材料使用過(guò)程中表面受到拉伸破壞之前首先要克服表面上的殘余壓應力。

在了解了氧化鋯的相變增韌機理之后，使我們對氧化鋯陶瓷材料的使用更加放心，其優(yōu)良特性深得眾多工廠(chǎng)喜愛(ài)，氧化鋯陶瓷可進(jìn)行定制加工后制成為陶瓷棒，陶瓷板，陶瓷環(huán)等多種陶瓷零件。