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幾種典型的氧化鋯增韌陶瓷及用途

通常的氧化鋯增韌陶瓷有:氧化鋯 -Mg0,氧化鋯 -氧化鋁,氧化鋯-Yz 03,氧化鋯-Ca0?,F(xiàn)在發(fā)展了氧化鋯 -Ce02,Y2 03 -氧化鋯-Hf02等。此外還有晶須(纖維)-氧化鋯復(fù)合增韌陶瓷!
通常的氧化鋯增韌陶瓷有:氧化鋯 -Mg0,氧化鋯 -氧化鋁,氧化鋯-Yz 03,氧化鋯-Ca0。現(xiàn)在發(fā)展了氧化鋯 -Ce02,Y2 03 -氧化鋯-Hf02等。此外還有晶須(纖維)-氧化鋯復(fù)合增韌陶瓷。其韌性如表2-1-10。
表2-1-10幾種增韌陶瓷材料的KI c值
 
 材  料      Kic (MN . m-3/2)  
 ZrOl-Y203(假四方晶)   6~9  
氧化鋯-Ca0(析出強(qiáng)化)    9. 6      
氧化鋯-Mg0(析出強(qiáng)化)      5. 7    
氧化鋯(部分穩(wěn)定化一穩(wěn)定相)  1. 1
氧化鋯-A12 0a          9. 8 
Sia N4  4. 8~5. 8
SiC  3. 4 
B4C 6. 0 
Alz Oa  4. 5
尖晶石單晶 1. 3
 
從上表看出,增韌后的陶瓷材料,比以往的結(jié)構(gòu)材料Sia N4、SiC等的力學(xué)性能高得多。下面就主要的幾種增韌陶瓷分述加下:
 
1.氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷(ZTA)
在用氧化鋯增韌的陶瓷材料中,以氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷的效果最佳。如圖2-1-23所示。
關(guān)于氧化鋯增韌機(jī)理,在前面已經(jīng)論述,現(xiàn)就氧化鋯增韌A12 03的工藝等方面進(jìn)行討論。

良好的工藝是獲得氧化鋯增韌增強(qiáng)A12 0u陶瓷顯著效果的關(guān)鍵。當(dāng)然隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和進(jìn)步,隨著工藝方面的不斷改進(jìn),其增韌效果也不斷改善。在工藝上,首先是獲得優(yōu)質(zhì)的粉末,當(dāng)然粉末的制備可以有不同的方法。不管采用何種方法,其氧化鋯的顆粒細(xì)度要小,要不大于Dn(室溫臨界相轉(zhuǎn)變直徑),而且顆粒度分布范圍要窄。目的是為了使 ZTA陶瓷中同時獲得應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌和微裂紋增韌兩種機(jī)制。

下面介紹幾種獲得d -AIz Oj、氧化鋯、Yz0。均勻超細(xì)粉末的工藝方法。
口-A12 03粉末的制備是NH4 HCO,與NH4 Al (S04)2.12HzO合成NH4 AI(OH):CO。,然后經(jīng)1260℃煅燒轉(zhuǎn)化成口-Al20。其工藝流程如下:

 
氧化鋯 (Yz 03)粉末是采用共沉淀法制備的。將Y2 03溶于鹽酸后與ZrOC12 - 8H20的水溶液混合,配成濃度為1.O% (mol)的鹽溶液,以噴霧方式加入溫度恒定在40℃的稀氨水中(pH=9).并快速攪拌以提高沉淀時成核速率,使沉淀時絮凝小,沉淀顆粒細(xì)。沉淀物經(jīng)減壓過濾,水洗去Cl一離子(可用AgN03檢驗(yàn)),為減少組分流失,水洗時蒸餾水中加數(shù)滴氨水,使其pH=9。再用無水乙醇冼幾次(防止團(tuán)聚)。經(jīng)烘干磨細(xì)后在840℃煅燒,即得到氧化鋯(YZ 03)粉末。

氧化鋯 (Yz 03 )-A1203粉末的制備工藝有混合法、共沉淀法和沉淀包裹法。其工藝流程
如下:
(1)混合法
(2)共沉淀法
(3)沉淀包裹法

 
實(shí)踐表明,工藝方法不同,所得粉末的性能、成型性能、燒結(jié)性能和韌化性能也是不同的。
上面三種工藝方法,其性能結(jié)果列于表2-1-11。裹2-1-11不同工藝流程制備的粉末及其燒結(jié)體的性質(zhì)
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┃工藝  ┃  D     ┃  粉末    ┃比表面積  ┃生坯    ┃A12 03      ┃燒結(jié)    ┃體積    ┃線收縮    ┃        ┃保留£Zr():    ┃
┃      ┃        ┃          ┃          ┃密度    ┃            ┃密度    ┃        ┃          ┃分散性  ┃                ┃
┃流翟  ┃(pLm)   ┃  狀態(tài)    ┃(m2/g)   ┃        ┃晶型        ┃        ┃分?jǐn)?shù)    ┃  (%)     ┃        ┃  體積分敬      ┃
┃      ┃        ┃          ┃          ┃(g/ems) ┃            ┃(g/cm3) ┃        ┃          ┃        ┃                ┃
┣━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━┫
┃  1   ┃        ┃  球狀    ┃          ┃  2. 86 ┃  a -A12 0a ┃  5. 19 ┃  較高  ┃    18.3  ┃  差    ┃86. 2 Vu ( VoIJ ┃
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┃    2 ┃ 0. 05  ┃多層片狀  ┃    178   ┃  1. 89 ┃  y-AIz 03  ┃  5. 00 ┃  較高  ┃  30.2    ┃  均勻  ┃  95%(vui)      ┃
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┃  3   ┃ 0. 02  ┃  球狀    ┃          ┃  2. 69 ┃  r-AIz 03  ┃  5. 20 ┃  較高  ┃  20.8    ┃  均勻  ┃  990/ (VoI)    ┃
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為了進(jìn)一步改善增韌效果,適當(dāng)引入其他物質(zhì),形成固溶體,例如引入Mg0、Al。()。、【:c()及Hfoz等。當(dāng)氧化鋯中含有0.12%(mol) Mg0時,ZTA陶瓷的斷裂韌性(KIc)有最大值。如圖2-1-24所示。引入Alz Oa,可以抑制氧化鋯晶粒長大。又如引入Hfoz,由于Hf07具有和氧化鋯類似的結(jié)構(gòu)和特性,而且由于它比氧化鋯具有更高的M,(相轉(zhuǎn)變溫度)和A,(逆相變終止溫度),同時還具有比氧化鋯低的熱膨脹系數(shù)和相變 t-氧化鋯一m-氧化鋯體積效應(yīng)。因此Hf02有較高的耐高溫性能和抗熱震性。另一方面,由于Hf02高的姚溫度, t-氧化鋯向m-氧化鋯的相變驅(qū)動力大,相變的臨界顆粒尺寸也小,所以在冷卻過程中,很難保存足夠的t-氧化鋯,這對相變增韌是有利的。但當(dāng)Hf02-氧化鋯固溶體中引入少量Y2 0a和采用特殊工藝手段,可以使Y2 0a -Hf02 -氧化鋯固溶體獲得較高的t-氧化鋯,具有良好的增韌增強(qiáng)效果,同時可以改善ZTA陶瓷的高溫性能。
在一定量的YZ 03的范圍內(nèi),ZTA陶瓷的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度是隨Y20。的增加而提高的。如圖2-1-25所示。這是由于Y2 03的加入能有效地抑制ZTA主晶相的晶粒長大,而且還限制了彌散相(氧化鋯)顆粒生長率。

在制備原料時,關(guān)鍵是要氧化鋯均勻分散,使氧化鋁顆粒包裹氧化鋯,從而相變時產(chǎn)生良好的增韌效果。
   
在成型工序方面,可依不同要求選擇成型方法。當(dāng)然要獲得良好的致密性,可采用熱壓法和等靜壓成型法。

燒結(jié)時,可采用相應(yīng)的燒成制度,使ZTA陶瓷燒成致密,并且使其結(jié)晶細(xì)化。

燒成后的制品,熱處理?xiàng)l件不同,其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)足不同的,對馬氏體相變溫度高低及在應(yīng)力誘導(dǎo)下可相變£-氧化鋯析出量有不同的影響,因而影響到材料的強(qiáng)度、斷裂韌性和抗熱震性。    
 


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本文“幾種典型的氧化鋯增韌陶瓷及用途”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2020-10-27 16:18:50
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