幾種典型的氧化鋯增韌陶瓷及用途_行業資訊【科眾陶瓷】

通常的氧化鋯增韌陶瓷有：氧化鋯 -Mg0，氧化鋯 -氧化鋁，氧化鋯-Yz 03，氧化鋯-Ca0。現在發展了氧化鋯 -Ce02，Y2 03 -氧化鋯-Hf02等。此外還有晶須（纖維）-氧化鋯復合增韌陶瓷。其韌性如表2-1-10。

表2-1-10幾種增韌陶瓷材料的KI c值

材料	Kic (MN . m-3/2)
ZrOl-Y203（假四方晶）	6～9
氧化鋯-Ca0(析出強化)	9. 6
氧化鋯-Mg0(析出強化)	5. 7
氧化鋯（部分穩定化一穩定相）	1. 1
氧化鋯-A12 0a	9. 8
Sia N4	4. 8～5. 8
SiC	3. 4
B4C	6. 0
Alz Oa	4. 5
尖晶石單晶	1. 3

從上表看出，增韌后的陶瓷材料，比以往的結構材料Sia N4、SiC等的力學性能高得多。下面就主要的幾種增韌陶瓷分述加下：

1.氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷(ZTA)

在用氧化鋯增韌的陶瓷材料中，以氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷的效果最佳。如圖2-1-23所示。

關于氧化鋯增韌機理，在前面已經論述，現就氧化鋯增韌A12 03的工藝等方面進行討論。

良好的工藝是獲得氧化鋯增韌增強A12 0u陶瓷顯著效果的關鍵。當然隨著現代科技的發展和進步，隨著工藝方面的不斷改進，其增韌效果也不斷改善。在工藝上，首先是獲得優質的粉末，當然粉末的制備可以有不同的方法。不管采用何種方法，其氧化鋯的顆粒細度要小，要不大于Dn（室溫臨界相轉變直徑），而且顆粒度分布范圍要窄。目的是為了使 ZTA陶瓷中同時獲得應力誘導相變增韌和微裂紋增韌兩種機制。

下面介紹幾種獲得d -AIz Oj、氧化鋯、Yz0。均勻超細粉末的工藝方法。

口-A12 03粉末的制備是NH4 HCO,與NH4 Al (S04)2.12HzO合成NH4 AI(OH)：CO。，然后經1260℃煅燒轉化成口-Al20。其工藝流程如下：

氧化鋯 (Yz 03)粉末是采用共沉淀法制備的。將Y2 03溶于鹽酸后與ZrOC12 - 8H20的水溶液混合，配成濃度為1．O% (mol)的鹽溶液，以噴霧方式加入溫度恒定在40℃的稀氨水中(pH=9)．并快速攪拌以提高沉淀時成核速率，使沉淀時絮凝小，沉淀顆粒細。沉淀物經減壓過濾，水洗去Cl一離子（可用AgN03檢驗），為減少組分流失，水洗時蒸餾水中加數滴氨水，使其pH=9。再用無水乙醇冼幾次（防止團聚）。經烘干磨細后在840℃煅燒，即得到氧化鋯(YZ 03)粉末。

氧化鋯 (Yz 03 )-A1203粉末的制備工藝有混合法、共沉淀法和沉淀包裹法。其工藝流程

如下：
(1)混合法

(2)共沉淀法

(3)沉淀包裹法

實踐表明，工藝方法不同，所得粉末的性能、成型性能、燒結性能和韌化性能也是不同的。

上面三種工藝方法，其性能結果列于表2-1-11。裹2-1-11不同工藝流程制備的粉末及其燒結體的性質

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┃工藝 ┃ D ┃ 粉末 ┃比表面積 ┃生坯 ┃A12 03 ┃燒結 ┃體積 ┃線收縮 ┃ ┃保留￡Zr()： ┃

┃ ┃ ┃ ┃ ┃密度 ┃ ┃密度 ┃ ┃ ┃分散性 ┃ ┃

┃流翟 ┃(pLm) ┃ 狀態 ┃(m2／g) ┃ ┃晶型 ┃ ┃分數 ┃ (%) ┃ ┃ 體積分敬 ┃

┃ ┃ ┃ ┃ ┃(g/ems) ┃ ┃(g/cm3) ┃ ┃ ┃ ┃ ┃

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┃ 1 ┃ ┃ 球狀 ┃ ┃ 2. 86 ┃ a -A12 0a ┃ 5. 19 ┃ 較高 ┃ 18.3 ┃ 差 ┃86. 2 Vu ( VoIJ ┃

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┃ 2 ┃ 0. 05 ┃多層片狀 ┃ 178 ┃ 1. 89 ┃ y-AIz 03 ┃ 5. 00 ┃ 較高 ┃ 30.2 ┃ 均勻 ┃ 95%(vui) ┃

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┃ 3 ┃ 0. 02 ┃ 球狀 ┃ ┃ 2. 69 ┃ r-AIz 03 ┃ 5. 20 ┃ 較高 ┃ 20.8 ┃ 均勻 ┃ 990/ (VoI) ┃

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為了進一步改善增韌效果，適當引入其他物質，形成固溶體，例如引入Mg0、Al。()。、【：c()及Hfoz等。當氧化鋯中含有0.12%(mol) Mg0時，ZTA陶瓷的斷裂韌性(KIc)有最大值。如圖2-1-24所示。引入Alz Oa，可以抑制氧化鋯晶粒長大。又如引入Hfoz，由于Hf07具有和氧化鋯類似的結構和特性，而且由于它比氧化鋯具有更高的M，（相轉變溫度）和A，（逆相變終止溫度），同時還具有比氧化鋯低的熱膨脹系數和相變 t-氧化鋯一m-氧化鋯體積效應。因此Hf02有較高的耐高溫性能和抗熱震性。另一方面，由于Hf02高的姚溫度, t-氧化鋯向m-氧化鋯的相變驅動力大，相變的臨界顆粒尺寸也小，所以在冷卻過程中，很難保存足夠的t-氧化鋯，這對相變增韌是有利的。但當Hf02-氧化鋯固溶體中引入少量Y2 0a和采用特殊工藝手段，可以使Y2 0a -Hf02 -氧化鋯固溶體獲得較高的t-氧化鋯，具有良好的增韌增強效果，同時可以改善ZTA陶瓷的高溫性能。