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(guān)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(xì)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(zhuǎn)變。它是通過(guò)無(wú)擴(kuò)散剪切變形實(shí)現(xiàn)的，因此被認(rèn)為屬于馬氏體相變類(lèi)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(wú)熱相變，在給定溫度下，相變與時(shí)間無(wú)關(guān)。
②熱潛現(xiàn)象。相相變發(fā)生在一定范圍內(nèi)，單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较酁?170℃，而四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕鄿囟仍?50～1000℃范圍內(nèi)，相變滯后約200℃。
③相變伴隨3％～5％的體積效應(yīng)和相當(dāng)?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(wú)擴(kuò)散反應(yīng)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(kuò)展，提高陶瓷材料的韌性，相變的體積效應(yīng)可以來(lái)緩解熱應(yīng)力，改善材料的抗熱震性。
⑤顆粒尺寸效應(yīng)。處于一定狀態(tài)下的顆粒小于某一臨界尺寸時(shí)，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(yīng)力狀態(tài)約東影響。處于壓應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，t→m相變將受到抑制，反之則有利于相變。

一定溫度范圍內(nèi)，氧化鋯陶瓷的相變體積效應(yīng)與熱膨脹效應(yīng)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(diào)整相變量和相變溫度范圍，來(lái)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(lái)改善材料的初性，提高材料的抗熱震性能，如對(duì)于耐火材料的抗熱屣往往依賴(lài)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(yīng)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(dǎo)致的彈性應(yīng)變能局部減小，保證了裂紋穩(wěn)定擴(kuò)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(shè)計(jì)先進(jìn)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(fù)合材料，它具有穩(wěn)定的裂紋擴(kuò)展特征，使材料的抗熱震性能大大地提高。

 Garvie認(rèn)為材料性能的改善與氧化鋯的相變無(wú)關(guān)，而是由單斜ZrO2顆粒的各向異性產(chǎn)生熱應(yīng)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(shè)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(yīng)在粉料內(nèi)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(guò)調(diào)整相的種類(lèi)使相變對(duì)溫度的分布關(guān)系出現(xiàn)了變化，致使在降溫過(guò)程中相變發(fā)生在很寬的溫度范圍內(nèi)，在800～400＂℃范圍內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)“平臺(tái)”，熱膨脹系數(shù)接近零，這種情形對(duì)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(jìn)行抗熱震模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)零件完好無(wú)裂紋，而未調(diào)整的出現(xiàn)徑向裂紋或?qū)恿选?br/>