關(guān)于氧化鋯陶瓷相變?cè)鲰g機(jī)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(guò)程，下面我們一起來(lái)了解下氧化鋯相變?cè)鲰g機(jī)理。

四方相氧化鋯受外力（溫度和應(yīng)力）的影響，氧化鋯從四方結(jié)構(gòu)向單斜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生效應(yīng)，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(zhuǎn)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(dǎo)，后者是應(yīng)力誘導(dǎo)。

氧化鋯相變?cè)鲰g機(jī)理，主要由如下理論組成。

t→m相變尺寸效應(yīng)示意圖

解析：

臨界尺寸dc。d>dc的晶粒，室溫下已經(jīng)轉(zhuǎn)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(yīng)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(dāng)承載時(shí)，裂紋尖端應(yīng)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(dāng)d>dc的晶粒室溫下為m相，由于相變的體積效應(yīng)，產(chǎn)生顯微裂紋或應(yīng)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(dāng)其周圍存在殘余應(yīng)力。

其相變?cè)鲰g機(jī)制主要有：應(yīng)力誘導(dǎo)相變、相變誘導(dǎo)微裂紋增韌，殘余應(yīng)力增韌等。

a、應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g

部分穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷，四方相顆粒分布于基體中。當(dāng)基體對(duì)ZrO2顆粒有足夠的壓應(yīng)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(zhuǎn)變可通過(guò)應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生。當(dāng)材料受到外界拉應(yīng)力時(shí)，基體對(duì)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(zhuǎn)變，這種相變將吸收能量而使裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)松弛，增加裂紋擴(kuò)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(zhuǎn)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?cè)鲰g作用。

2）相數(shù)量對(duì)陶瓷韌性的提高有直接影響，全t相的TZP材料是相變?cè)鲰g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(huì)對(duì)相變韌化作出貢獻(xiàn)。

b、微裂紋增韌

部分穩(wěn)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(dāng)材料受力時(shí)，主裂紋擴(kuò)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(yīng)力誘發(fā)相變微裂紋，當(dāng)承載時(shí)，裂紋尖端應(yīng)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(xì)小的微裂紋。

c、殘余應(yīng)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，其周圍存在殘余壓應(yīng)力，導(dǎo)致材料強(qiáng)度和韌性的提高。

解析：脆性斷裂通常是在張應(yīng)力作用下,自表面開(kāi)始,如果在表面造成一層殘余壓應(yīng)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(yīng)力。

在了解了氧化鋯的相變?cè)鲰g機(jī)理之后，使我們對(duì)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(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。