细分散ZrO_2的增韧作用及其在Si_3N_4中的应用

本文介绍了ZrO_2(t)(?)ZrO_2(m)的马氏体相变特性及其在陶瓷基质中的相变热力学,归纳了含细分散ZrO_2相的陶瓷增韧机理以及Si_3N_4-ZrO_2系统的研究现状,讨论了利用ZrO_2的相变特性增韧Si_3N_4中的困难所在及共可能的解决途径。     

ZrO_2增韧陶瓷中四方相氧化锆的相变量、相变区宽度及其增韧机理的研究

利用X射线衍射技术研究了氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)和四方氧化锆多晶陶瓷(TZP)的断裂表面上四方氧化锆ZrO_2(t)的相变量和相变宽度。发现在ZrO_2增韧陶瓷(ZTC)中,ZrO_2(t)相变所需应力σ_T随着稳定剂Y_2O_3含量的增加而增大,断裂面上的ZrO_2(t)的相变量和相变宽度随之减小。在此基础上提出了修正的相变增韧公式: ΔK=0.21E_ce~TV_fh~(1/2)/(1-ν)+1.26V_fh~(1/2)σ_T(1-2ν)/(1-ν) 该式表明:(1)ZrO_2相变增韧存在一定的限制;(2)增加基质材料的强度是进一步提高ZTC的K_(Ic)和σ_f的关键。     

微波处理条件下含氧化钇稳定氧化锆增韧氧化铝陶瓷中的相变行为研究

本文采用XRD方法对微波热处理前后具有不同含量的氧化钇稳定氧化锆增韧氧化铝陶瓷的相变行为进行了研究。实验结果表明微波处理过程中,低含量Y_2O_3稳定ZTA陶瓷表面几乎皆为单斜相,当Y_2O_3含量超过2mol％时则四方相含量剧增,其原因在于ZTA陶瓷微波处理引起体积性加热造成较大的内外温差,使得内应力缓解了基质对ZrO_2的约束而发生t—ZrO_2=m—ZrO_2相变。同时如果调节稳定剂含量适中(如2mol％Y_2O_3),并对瓷体进行微波特殊处理后可获得较高的断裂相变量,有利于相变增韧陶瓷力学性能改善及损伤部件的性能自回复。     

ZrO2—Al2O3系陶瓷复合材料力学性质

本文研究了ZrO_2-Al_2O_3系统陶瓷复合材料的力学性质,发现有两个最佳区域存在:在Al_2O_3基的陶瓷中,添加第二相ZrO_2颗粒可以使Al_2O_3瓷得到增韧和强化;在ZrO_2基的陶瓷中,添加少量Al_2O_3则可以通过Al_2O_3晶粒的裂纹弯曲和分叉增韧,强化ZrO_2的相变增韧,使ZrO_2瓷的强度和断裂韧性得到进一步的提高。适宜地控制YMSZ(Y_2O_3亚稳定ZrO_2)中Y_2O_3和TZP(四方相氧化锆多晶瓷)中的Al_2O_3量,可以获得高韧性和高强度的ZrO_2-Al_2O_3系陶瓷复合材料。     

ZrO2增韧Al2O3陶瓷耐磨性的研究

本文对五种不同含量ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷在磨粒磨损条件下的耐磨性进行了试验研究。试验结果表明,ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷的磨损机理不同于金属,它并不是简单的显微切削机理或犁沟机理,其耐磨性与陶瓷的硬度和弹性模量没有单调的依赖关系,而与材料的断裂韧性和抗弯强度呈现比较一致的趋向关系。扫描电镜对摩擦表面和抗弯断口的对比观测表明,ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷磨损破坏机理属于一次性脆性断裂机理。因此,欲提高该陶瓷的耐磨性应当着重于提高陶瓷的韧性和强度。利用ZrO_2的马氏体相变,可望提高陶瓷的韧性和强度,故可望提高Al_2O_3基陶瓷的耐磨性。     

不同晶型ZrO_2纳米粉对氧化镁陶瓷烧结和抗热震性的影响

为提高氧化镁陶瓷的抗热震性,以高纯氧化镁粉为主原料,分别加入14%(w)的m-ZrO_2纳米粉、t-ZrO_2纳米粉、c-ZrO_2纳米粉为添加剂,经配料、成型、1 550℃保温2 h烧结制备氧化镁陶瓷试样,并研究加入不同晶型ZrO_2纳米粉对氧化镁陶瓷的烧结性和抗热震性的影响。结果表明:加入的ZrO_2弥散分布于方镁石晶粒晶界处,提高了试样的致密度;加入m-ZrO_2的试样中,ZrO_2与Mg O形成了固溶体,活化了方镁石晶体的晶格,大幅度促进了试样的烧结;加入t-ZrO_2和c-ZrO_2的试样中,ZrO_2以第二相增韧机制提高了抗热震性;加入m-ZrO_2的试样中,ZrO_2以相变增韧和第二相增韧的复合增韧机制提高了抗热震性。     

碳化硅晶须对氧化锆陶瓷材料结构的影响

本文研究了不同晶须含量对可相变增韧的ZrO_2(2mol%Y_2O_3)陶瓷及完全稳定的ZrO_2(6mol%Y_2O_3)陶瓷结构的影响。结果表明:晶须的加入使ZrO_2材料的晶料明显细化,但对该类热压复合材料的致密度影响不大;纯ZrO_2(6mol％Y_2O_3)为单一的C相结构,加入晶须后有少量的t相出现;纯ZrO_2(2mol%Y_2O_3)热压材料由t m两相组成,晶须的加入降低了基体中m相的相对含量,但对断裂过程中t→m相交量影响不大。     

ZrO_2增韧对Al_2O_3-TiC一ZrO_2复相陶瓷材料冲蚀行为的影响

本文通过冲蚀表面形貌的SEM观察和XRD物相分析研究了ZrO_2增韧对ATZ材料的冲蚀行为的影响,结果表明:含ZrO_2量为20～60％的ATZ冲蚀应力场诱发下具有良好的相变增韧和微裂纹增韧效果,具有相当好的冲蚀磨损抗力,其中AT_(30)Z_(40)的综合抗冲蚀性能最佳;ZrO_2含量较低时,相变增韧对ATZ材料抗冲蚀性能提高不明显,而当ZrO_2含量超过80％后,ATZ的抗高速冲蚀性能急剧恶化,这是因为它在冲蚀过程中,产生过多的相变诱发微裂纹,而发生微裂纹连接所致。     

莫来石基陶瓷复合材料的力学性能

采用热压工艺制得致密的莫来石陶瓷和莫来石基陶瓷复合材料(ZTM、SiC晶须-莫来石、SiC晶须-ZTM)。通过引入SiC晶须或ZrO_2,使莫来石基陶瓷的力学性能有明显改善,SiC晶须和ZrO_2复合强韧则效果更为显著。组成为20vol.％SiC晶须-15vol.％ZrO_2-莫来石陶瓷材料,其室温及800℃的抗弯强度和断裂韧性分别为559MPa及425MPa,7.5MPa·m~(1/2)及7.4MPa·m~(1/2)。实验结果表明,莫来石基复合材料的相变增韧与晶须增韧机制的作用对韧性的贡献有良好的加和性。     

ZrO2相变对ZrB2陶瓷的增强与增韧效应

本文通过对不同ZrO_2含量的ZrB_2陶瓷的力学性能及显微结构的研究,探讨了ZrO_2相变对ZrB_2陶瓷的强度和韧度的影响,分析了各种增强与增韧的机制,用能量平衡理论讨论了强度和韧度增加的原因。结果表明,利用ZrO_2相变效应,可以有效地提高ZrB_2陶瓷的弯曲强度和断裂韧度。     

ZrO2增韧Al2O3／SiCnano复合陶瓷的力学性能及微结构

本文对Al_2O_3/SiC nano ZrO_2(3Y)复相陶瓷的力学性能和微结构进行了研究,探讨了ZrO_2(t)应力诱导相交增韧机制和纳米粒子增韧机制相互迭加的可能性。结果表明:适量的第二相纳米粒子ZrO_2(3Y)加入对材料的微结构有很大影响,同时对材料的力学性能的提高作出贡献。     

ZrO_2陶瓷结构变体的应力相变和X射线定量相分析

本文用X射线衍射方法研究了部分稳定ZrO_2陶瓷材料中的物相组成,发现了一种新的ZrO_2变体:畸变亚稳立方相(G相)。热压ZrO_2陶瓷应力诱导相变是从G相转变为单斜相。提出了对ZrO_2陶瓷变体进行X射线无标样定量相分析的新方法。对两种系列的ZrO_2陶瓷进行了定量相分析。对实验结果进行了讨论。     

TZP用作陶瓷人工关节材料的研究

利用ZrO2增韧陶瓷主要靠四方相ZrO2(t-ZrO2)转变成单斜相（m-ZrO2)的马氏体相变来实现增韧的。本文研究了Y2O3和CeO2共同稳定四方ZrO2(TZP)制备工艺,并加入一定量的Al2O3,阻止ZrO2晶粒长大,提高材料强度。实验结果表明,经烧成的样品ZrO2的相组成为t-ZrO2,晶粒粒径＜1μm样品的抗折强度和断裂韧性均有提高,可以用作增韧人工关节材料。     

增韧Z_rO_2陶瓷的研究

以Y_2O_3为固溶剂采用机械粉碎法制备的亚微米级ZrO_2粉末为原料,制造出高强度、高韧性的ZrO_2陶瓷。通过制定合理的配方以及控制烧成工艺条件,可以在坯体中获得大量的亚稳四方ZrO_2。当Y_2O_3加入量为2.5mol％时,抗折强度达978MPa,断裂韧性达15.1MPam~1/2。其增韧机理属于应力诱导相变增韧。     

二硼化锆陶瓷增韧技术的研究进展

本文介绍了近年来二硼化锆陶瓷的增韧技术及其机制,包括弥散颗粒增韧、不同长径比相(晶须、纤维、晶片、碳纳米管等)增韧、ZrO2相变增韧、仿生结构增韧、原位反应增韧、晶须和颗粒协同增韧;展望了二硼化锆陶瓷增韧技术的未来发展趋势.     

添加ZrO2对Al2O—SiC系复相陶瓷力学性能的影响

通过ZrO2强化增韧Al2O3-SiC系陶瓷，其复合材料的力学性能在一定程度上获得改善。ZrO2外加含量在0－40wt%范围内，复相陶瓷的断裂韧性保持上升，而其硬度则呈下降的趋势。少量添加ZrO2(≤10wt%)时，其强度得到提高，当ZrO2含量为10wt%左右，强度达到最大值；超过该含量后强度迅速下降。研究结果表明，复相陶瓷力学性能与瓷体中的二相粒子的相变增韧和热应力共配有关。X射线衍射分析研究表明，随着ZrO2含量增加，材料断口相变量增大，断裂韧性也相应提高，确是ZAS（ZrO2增韧Al2O3-SiC)复相材料中ZrO2(t)→ZrO(m)相变增韧起主要作用。当ZrO2添加含量增加时，二相粒子与基体热膨胀系数不匹配，而在复合材料中产生内应力导致瓷体强度降低，研究还表明10wt%ZrO2增韧Al2O3-SiC陶瓷是一种较佳的高温耐磨材料。     

低温烧结20wt% ZrB_2(ZrO_2)/Al_2O_3复相陶瓷及微观结构表征

在高纯亚微米Al_2O_3粉中添入质量分数为20 wt%的亚微米ZrB_2(ZrO_2)粉体,采用高压干压的成型方法和恒速升温多阶段小保温的烧结方法制备出ZrB_2(ZrO_2)/Al_2O_3复相陶瓷。采用XRD、EDS和SEM对ZrB_2(ZrO_2)粉体和复相陶瓷进行相组成、元素分布和微观结构表征。结果表明:1500℃/8 h烧结制备的20 wt%ZrB_2(ZrO_2)/Al_2O_3复相陶瓷微观结构优良;杂质元素诱导晶粒生长,导致复相陶瓷表面出现Al_2O_3和ZrB_2(ZrO_2)聚集相;引入的ZrB_2(ZrO_2)颗粒使复相陶瓷发生剧烈的穿晶断裂,ZrB_2(ZrO_2)晶粒带动周围的Al_2O_3晶粒发生明显的撕裂,断裂模式为穿晶-沿晶混合断裂。     

金属马氏体相变研究及其向无机非金属材料增韧的过渡

本文概述了金属中马氏体的相变特征和类型,影响马氏体相变的因素(如降低温度、提高冷却速度、减小原始相晶粒度、应力),以及马氏体在加热时的转变形式,以期对无机非金属材料的相变增韧做借鉴。     

ZrO2和TiO2对刚玉质陶瓷蓄热体热震稳定性的影响

采用板状刚玉(＜0.044 mm)、活性氧化铝(d50=1.7 μm)为主要原料,CMC为结合剂,分别制备了无添加剂、添加TiO2、添加ZrO2以及复合添加ZrO2和TiO2 4种刚玉质陶瓷蓄热体试样;试样经1550℃保温2 h热处理后,检测了其热震稳定性、显气孔率和热膨胀系数.结果表明:与无添加剂和单独添加TiO2、单独添加ZrO2的刚玉质陶瓷蓄热体试样相比,复合添加ZrO2和TiO2的刚玉质陶瓷蓄热体试样的热震稳定性显著提高,其原因是:ZrO2的马氏体相变产生微裂纹增韧、钛酸铝(AT)与刚玉的线膨胀系数差形成微裂纹增韧及AT的线膨胀系数低三者协同增韧的机制显著提高了刚玉质陶瓷蓄热体试样的热震稳定性.     

多元稳定剂复合掺杂对增韧ZrO_2陶瓷性能的影响

Y_2O_3、CeO_2,MgO分别单独作为稳定剂制备增韧ZrO_2陶瓷材料,各有优点和不足。为了发挥不同稳定剂的优点而抑制其不足,本文研究了多元稳定剂复合添加对增韧ZrO_2陶瓷性能的影响。试验发现Y、Ce、Mg三种稳定剂复合掺杂的(Y、Ce、Mg)—PTZ陶瓷保持了Y稳定剂使材料强度、硬度较高的优点,发挥了Ce稳定剂使材料高韧性的优点,而Mg的加入实现了液相促进下的低温烧结,克服了Ce稳定剂使材料晶粒粗大,穿晶断裂等缺点,可获得高韧性、高强度ZrO_2陶瓷材料。