關于氧化鋯陶瓷相變增韌機理的理論解釋

科眾陶瓷廠上文給大家介紹了氧化鋯陶瓷的相變過程，下面我們一起來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。此變化稱為馬氏體轉變。可分為燒成冷卻過程中相變和使用過程中相變，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(wěn)定性隨粒徑的減小而增加。當承載時，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，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，相變產(chǎn)生的積累變形小，不足誘發(fā)顯維裂紋，當其周圍存在殘余應力。

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(wěn)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應力誘發(fā)產(chǎn)生。當材料受到外界拉應力時，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(shù)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(wěn)定性隨晶粒直徑減小而增大，因此，只有d>d1的室溫亞穩(wěn)t相才會對相變韌化作出貢獻。

b、微裂紋增韌

部分穩(wěn)定的ZrO2陶瓷在冷卻過程中，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，主裂紋擴展過程中碰到原有微裂紋會分叉和改變方向，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，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，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，相變產(chǎn)生的積累變形小，不足誘發(fā)顯維裂紋，其周圍存在殘余壓應力，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,自表面開始,如果在表面造成一層殘余壓應力層,則在材料使用過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喜愛，氧化鋯陶瓷可進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。