氧化鋯陶瓷的結(jié)構(gòu)以及其基礎(chǔ)知識簡介

氧化鋯陶瓷零件想必許多工廠都有用過，像一些陶瓷棒條，陶瓷隔熱板，耐磨陶瓷管等都比較常見，但大家是否了解氧化鋯陶瓷的結(jié)構(gòu)呢？下面科眾陶瓷廠會對氧化鋯陶瓷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析還會介紹關(guān)于它的基礎(chǔ)知識。

二氧化鋯（ZrO2）是高熔點(diǎn)的金屬氧化物，相對分子量為123.22，沸點(diǎn)為4300℃，軟化點(diǎn)在2390℃—2500℃范圍內(nèi)，熔點(diǎn)為2715℃。二氧化鋯不溶于水、硫酸、鹽酸和硝酸，加熱時(shí)微溶于氫氟酸和濃硫酸。純二氧化鋯為白色，較純的氧化鋯為淡黃色。

常溫下純二氧化鋯是絕緣體，加入穩(wěn)定劑可使其導(dǎo)電率升高且在高溫下能呈現(xiàn)出離子型導(dǎo)電。二氧化鋯有三種晶型，結(jié)晶學(xué)參數(shù)及其三種晶型的結(jié)構(gòu)示意簡圖如下所示。

二氧化鋯的三種晶型可以隨溫度的變化而互相轉(zhuǎn)化：高于1170℃時(shí)，單斜相會轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?；超過2370℃時(shí)，四方相會轉(zhuǎn)化為立方相。

通常，陶瓷材料都較脆和硬，但是氧化鋯陶瓷比較特殊，因?yàn)榇嬖谏鲜鏊姆较嗯c單斜相間的轉(zhuǎn)變而具有較高韌性，此相變?yōu)轳R氏體轉(zhuǎn)變，其特征如下：

a、具有成核的生長過程，t-m相變無擴(kuò)散，在很高溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，原子發(fā)生有序位移，但位移量小于一個(gè)原子間距，相鄰原子在發(fā)生相變后仍保持相鄰；

b、t-m相變伴隨著很大體積變化（3%-5%）和剪切應(yīng)變（1%-7%），且相變是可逆的，加熱時(shí)又會發(fā)生m-t相變；

c、t-m相變溫度由晶粒尺寸和外力作用決定，顆粒越細(xì)小相變溫度就越低，當(dāng)外界壓力高于3700MPa時(shí)，四方相氧化鋯可以保留到室溫。

純二氧化鋯會發(fā)生t-m相變，易導(dǎo)致產(chǎn)品碎裂失去實(shí)用價(jià)值，因而在生產(chǎn)過程中，常用Y2O3、CeO2、CaO和MgO等來穩(wěn)定處理氧化鋯陶瓷。其原理是在氧化鋯的晶體結(jié)構(gòu)中引進(jìn)這些金屬離子Y3+、Ca2+、Mg2+、Ce2+等置換Zr4+從而形成固溶體，使四方相氧化鋯可以保留在室溫下而不再發(fā)生相變，以此來穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料。

但從另一角度來看，人們利用穩(wěn)定劑及某些特定工藝控制氧化鋯的馬氏體相變，在室溫下可獲得對外界應(yīng)力敏感的亞穩(wěn)態(tài)四方相氧化鋯，制造出可相變的高韌性氧化鋯陶瓷材料，如下圖所示，為應(yīng)力誘發(fā)相變增韌的示意圖。

在外力δ的作用下長度為2c的裂紋周圍發(fā)生t-m相變，灰色顆粒表示已經(jīng)發(fā)生t-m相變的部分，白色代表未發(fā)生相變的部分。