氧化鋯相變?cè)鲰g陶瓷簡(jiǎn)介

氧化鋯相變?cè)鲰g陶瓷是材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），無(wú)機(jī)非金屬材料（二級(jí)學(xué)科），陶瓷（三級(jí)學(xué)科），先進(jìn)陶瓷（四級(jí)學(xué)科）。

中文名稱(chēng)

氧化鋯相變?cè)鲰g陶瓷

英文名稱(chēng)

zirconia phase transformation toughened ceramics，ZTC

定　　義

在陶瓷基體中加入一定量的亞穩(wěn)四方氧化鋯，利用氧化鋯發(fā)生馬氏體相變時(shí)伴隨著體積和形狀的變化，能量的吸收，減緩裂紋尖端應(yīng)力集中，阻止裂紋擴(kuò)展，提高陶瓷韌性達(dá)到增韌效果的陶瓷材料。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），無(wú)機(jī)非金屬材料（二級(jí)學(xué)科），陶瓷（三級(jí)學(xué)科），先進(jìn)陶瓷（四級(jí)學(xué)科）

傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，相變?cè)谔沾审w中引起的內(nèi)應(yīng)變終將導(dǎo)致材料的開(kāi)裂。因此，陶瓷工藝學(xué)往往將相變看作不利的因素。然而，部分穩(wěn)定化ZrO₂( PSZ)具有比全穩(wěn)定化ZrO₂好得多的力學(xué)性能這一事實(shí)使人們得到了啟發(fā)，PSZ的相變韌化得以受到重視。從而把相變作為陶瓷材料的強(qiáng)韌化手段，并已取得了顯著效果。

陶瓷材料由于具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)良性能，作為工程材料正日益受到高度重視，但由于脆性問(wèn)題(韌性、塑性低，強(qiáng)度不高，性能穩(wěn)定性和可控性差)使其應(yīng)用受到很大限制。因此，近年來(lái)人們?cè)诟纳铺沾刹牧系膹?qiáng)韌性方面進(jìn)行了大量研究并取得了一定成果。陶瓷材料強(qiáng)韌化方法主要有纖維法、晶須法、顆粒法、熱處理法、表面改性法等。

材料的斷裂過(guò)程要經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、裂紋的形成與擴(kuò)展，整個(gè)斷裂過(guò)程要消耗一定的斷裂能。因此，為了提高材料的強(qiáng)度和韌性，應(yīng)盡可能地提高其斷裂能。對(duì)金屬來(lái)說(shuō)，塑性功是其斷裂能的主要組成部分，由于陶瓷材料主要以共價(jià)鍵和離子鍵鍵合，多為復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，室溫下的可動(dòng)位錯(cuò)的密度幾乎為零，塑性功往往僅有十幾J/m²或更低，因此需要尋找其他的強(qiáng)韌化途徑，相變第二相顆粒增韌補(bǔ)強(qiáng)即是途徑之一。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，相變?cè)谔沾审w中引起的內(nèi)應(yīng)變終將導(dǎo)致材料的開(kāi)裂。因此，陶瓷工藝學(xué)往往將相變看作不利的因素。然而，部分穩(wěn)定化ZrO₂如(PSZ)具有比全穩(wěn)定化ZrO₂好得多的力學(xué)性能這一事實(shí)使人們得到了啟發(fā)，PSZ的相變韌化得以受到重視，從而把相變作為陶瓷材料的強(qiáng)韌化手段，并已取得了顯著效果。

在含有亞穩(wěn)t- ZrO₂的陶瓷中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入含有t相晶粒的區(qū)域時(shí)，裂紋尖端周?chē)牟糠謙相將在裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的作用下，發(fā)生t→m相變，形成一個(gè)相變過(guò)程區(qū)。在過(guò)程區(qū)內(nèi)，一方面，由于裂紋擴(kuò)展而產(chǎn)生新的裂紋表面，需要吸收一部分能量；另一方面，相變引起的體積膨脹效應(yīng)也要消耗能量；同時(shí)相變的晶粒由于體積膨脹而對(duì)裂紋產(chǎn)生壓應(yīng)力，阻礙裂紋擴(kuò)展。由此可見(jiàn)，應(yīng)力誘導(dǎo)的這種組織轉(zhuǎn)變消耗了外加應(yīng)力，降低了裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，使得本可以繼續(xù)擴(kuò)展的裂紋因能量消耗造成驅(qū)動(dòng)力減弱而終止擴(kuò)展，從而提高了材料的斷裂韌性。相變發(fā)生后，若要使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，必須提高外加應(yīng)力水平。這樣隨應(yīng)力水平的不斷提高，裂紋會(huì)繼續(xù)向前擴(kuò)展。值得注意的是，在相變作用下，裂紋擴(kuò)展的阻力會(huì)越來(lái)越大，擴(kuò)展越來(lái)越困難。