基于梯度结构的Al2O3/ZrO2陶瓷刀具材料的制备及其力学性能

采用真空热压烧结方式制备了Al₂O₃/ZrO₂梯度复合陶瓷刀具材料，并对ZrO₂含量及梯度结构层厚比进行了优化。层厚比为2.0的AZE20梯度复合陶瓷刀具材料维氏硬度为(18.7±0.33) GPa,抗弯强度为(937±28.5) MPa,断裂韧性为(8.2±0.32) MPa·m^1/2,相比最佳ZrO₂含量的均质复合陶瓷刀具材料AZ20,维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别增加了22%、37.8%和43.8%。梯度结构的设计使表层形成残余压应力，晶粒得到一定程度的细化，更多的ZrO₂晶粒因残余压应力尺寸稳定在t相ZrO₂晶粒尺寸。在复合材料断口形貌中发现，其断裂方式为表层穿晶断裂和中间层沿晶断裂的结合，这种混合断裂方式使刀具整体力学性能得到提高。