為何氧化鋯陶瓷比一般的陶瓷耐摔？

科眾陶瓷廠(chǎng)采用氧化鋯粉末進(jìn)行一系列加工后可變成各種陶瓷結(jié)構(gòu)件以及陶瓷棒，陶瓷板等，那么加工后得到的陶瓷件為何比一般陶瓷加工后得到的陶瓷件更耐摔呢？接下來(lái)我們了解一下。
 
在常壓下，純 ZrO2 共有三種晶態(tài)：?jiǎn)涡保∕onoclinic）氧化鋯（m-ZrO2）、四方（Tetragonal）氧化鋯（t-ZrO2）和立方（Cubic）氧化鋯（c-ZrO2），上述三種晶型存在于不同的溫度范圍，并可以相互轉(zhuǎn)化：

 
ZrO2四方相與單斜相之間的轉(zhuǎn)變是馬氏體相變，由于四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕鄷r(shí)有 3~5%的體積膨脹和 7~8%的切應(yīng)變。因此，純 ZrO2 制品往往在生產(chǎn)過(guò)程（從高溫到室溫的冷卻過(guò)程）中會(huì)發(fā)生 t-ZrO2 轉(zhuǎn)變?yōu)?m-ZrO2 的相變并伴隨著體積變化而產(chǎn)生裂紋，甚至碎裂，因此無(wú)多大的工程價(jià)值。

 

但是，當(dāng)加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑（如 Y2O3,MgO2,CaO,CeO2 等）后，可以降低 c-ZrO2 →t-ZrO2 與 t-ZrO2→ m-ZrO2 的相變溫度，使高溫穩(wěn)定的 c-ZrO2 和 t-ZrO2 相也能在室溫下穩(wěn)定或亞穩(wěn)定存在。

當(dāng)加入的穩(wěn)定劑足夠多時(shí)，高溫穩(wěn)定的 c-ZrO2 可以一直保持到室溫不發(fā)生相變。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)氧化鋯發(fā)生馬氏體相變時(shí)伴隨著體積和形狀的變化，能吸收能量，減緩裂紋尖端應(yīng)力集中，阻止裂紋的擴(kuò)展，提高陶瓷韌性。因此氧化鋯相變?cè)鲰g陶瓷的研究和應(yīng)用得到迅速發(fā)展。氧化鋯相變?cè)鲰g陶瓷有三種類(lèi)型，分別為部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，四方氧化鋯多晶體陶瓷及氧化鋯增韌陶瓷：

1.部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷

當(dāng)ZrO2 中穩(wěn)定劑加入量在某一范圍時(shí)，高溫穩(wěn)定的 c-ZrO2 通過(guò)適當(dāng)溫度下時(shí)效處理使 c-ZrO2 大晶粒（c 相）中析出許多細(xì)小紡錘狀的 t-ZrO2（t 相）晶粒，形成 c 相和 t 相組成的雙相組織結(jié)構(gòu)。其中 c 相是穩(wěn)定的而 t 相是亞穩(wěn)定的并一直保存到室溫。在外力誘導(dǎo)下有可能誘發(fā) t 相到 m 相的馬氏體相變并伴隨體積膨脹，耗散部分能量、抵消了部分外力從而起到增韌作用，稱(chēng)為應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g。這種陶瓷稱(chēng)之為部分穩(wěn)定氧化鋯(partiallystabilized zirconia，PSZ)，當(dāng)穩(wěn)定劑為CaO、 MgO、Y2O3 時(shí)，分別表示為 Ca-PSZ、 Mg-PSZ、Y-PSZ 等。

2.四方氧化鋯多晶體陶瓷

當(dāng)ZrO2 中穩(wěn)定劑加入量控制在適當(dāng)量時(shí)可以使 t-ZrO2 以亞穩(wěn)狀態(tài)穩(wěn)定保存到室溫，那么塊體氧化鋯陶瓷的組織結(jié)構(gòu)是亞穩(wěn)的 t- ZrO2 細(xì)晶組成的四方氧化鋯多晶體稱(chēng)之為四方氧化鋯多晶體陶瓷(tetragonalzirconia polycrystal，TZP)。在外力作用下可相變 t-ZrO2 發(fā)生相變，增韌不可相變的 ZrO2 基體，使陶瓷整體的斷裂韌性改善。當(dāng)加入的穩(wěn)定劑是Y2O3、CeO2，則分別表示為 Y-TZP、Ce-TZP 等。

 
氧化鋯陶瓷棒，氧化鋯陶瓷管，陶瓷針

3.氧化鋯增韌陶瓷

如果在不同陶瓷基體中加入一定量的 ZrO2 并使亞穩(wěn)四方氧化鋯多晶體均勻的彌散分布在陶瓷基體中，利用氧化鋯相變?cè)鲰g機(jī)制使陶瓷的韌性得到明顯的改善。這種氧化鋯相變?cè)鲰g陶瓷稱(chēng)為氧化鋯(相變)增韌陶瓷(ZirconiaToughened Ceramics，ZTC)。如果陶瓷基體是Al2O3 、莫來(lái)石（Mullite）等，分別表示為 ZTA、ZTM 等。

綜上所述，氧化鋯陶瓷由于具備良好的韌性、表面處理性能等，在各個(gè)領(lǐng)域都受到熱捧！