詳解氧化鋯陶瓷的相變特性

上面的文章介紹了氧化鋯陶瓷的熱膨脹性與溫度的關系，氧化鋯陶瓷還具有相變的特性，下面科眾陶瓷廠給大家詳細分析一下。

氧化鋯陶瓷中較典型的馬氏體相變?yōu)閆rO中正方相→單斜相（t→m）轉變。它是通過無擴散剪切變形實現(xiàn)的，因此被認為屬于馬氏體相變類型的固態(tài)相變。

氧化鋯陶瓷板沉頭孔

它具有以下特征：

①無熱相變，在給定溫度下，相變與時間無關。
②熱潛現(xiàn)象。相相變發(fā)生在一定范圍內，單斜相轉變?yōu)樗姆较酁?170℃，而四方相轉變?yōu)閱涡毕鄿囟仍?50～1000℃范圍內，相變滯后約200℃。
③相變伴隨3％～5％的體積效應和相當?shù)募羟行巫儭Ｓ蓆ZrO2相相變成m－ZrO2體積膨脹，反之收縮。
④相變無擴散反應發(fā)生［17。由于相變是瞬間完成成，快于裂紋的速度，這樣可以使用相變阻止裂紋擴展，提高陶瓷材料的韌性，相變的體積效應可以來緩解熱應力，改善材料的抗熱震性。
⑤顆粒尺寸效應。處于一定狀態(tài)下的顆粒小于某一臨界尺寸時，單斜相可保留至室溫而不相變。
⑥添加劑可以抑制相變［，16。在氧化鋯中加人MgO、CaO等可以使氧化鋯以單斜或立方形式存在。
⑦相變受應力狀態(tài)約東影響。處于壓應力狀態(tài)時，t→m相變將受到抑制，反之則有利于相變。

一定溫度范圍內，氧化鋯陶瓷的相變體積效應與熱膨脹效應相反，因而可以改變氧化鋯的固溶組成、受力狀態(tài)和顆粒粒徑及分布，調整相變量和相變溫度范圍，來改善材料的熱膨脹行為。例如，雖不能由純單斜相氧化鋯制成可用陶瓷，但可以利用其熱膨脹的各向異性來改善材料的初性，提高材料的抗熱震性能，如對于耐火材料的抗熱屣往往依賴于大量氣孔的存在。

氧化鋁陶瓷零件

氣孔的作用在于：

①容納一定的膨脹變形，緩解熱應力；
②氣孔能在主裂紋尖端區(qū)域形成局部的微裂紋網(wǎng)，導致的彈性應變能局部減小，保證了裂紋穩(wěn)定擴展，從而提高材料的抗熱震性。

然而氣孔的存在往往是不需要的，因而 Garvie等9）提出了用單斜ZrO2多晶設計先進耐火材料的思路和方法。它是以單斜ZrO2多晶取代氣孔并起到氣孔的作用，所采用的單斜多晶ZrO2（MPZ）平均尺寸13am，其中包含有粒徑為1～2m的微晶，把它們均勻分布在任何情性脆體基體中，制成了接近理論密度的復合材料，它具有穩(wěn)定的裂紋擴展特征，使材料的抗熱震性能大大地提高。

 Garvie認為材料性能的改善與氧化鋯的相變無關，而是由單斜ZrO2顆粒的各向異性產生熱應力在基體中形成潛在的微裂紋所致。越世柯等（2提出了利用氧化鋯的相變改善耐火材料的設想。它是利用和控制氧化鋯的相變從宏觀上改善材料的熱膨脹行為，又利用相變體積效應在粉料內形成適量的微裂紋，提高材料的抗熱震性性。他們研究了CaO穩(wěn)定氧化皓材料的相組成和熱膨脹行為一通過調整相的種類使相變對溫度的分布關系出現(xiàn)了變化，致使在降溫過程中相變發(fā)生在很寬的溫度范圍內，在800～400＂℃范圍內出現(xiàn)一個“平臺”，熱膨脹系數(shù)接近零，這種情形對材料的抗熱震性極為有利。利用它們的工藝條件制備的零件進行抗熱震模擬試驗，發(fā)現(xiàn)零件完好無裂紋，而未調整的出現(xiàn)徑向裂紋或層裂。