下载文档原格式
zro2增韧Al2O3陶瓷的制备(ZTA)摘要:ZrO2/Al2O3复相陶瓷是高温结构陶瓷中最有前途的材料之一,由于其优越的性能和丰富的原料来源,已受到广泛的关注,成为陶瓷材料领域研究的一大热点.本文对氧化锆/氧化铝复相陶瓷的复合机理、最近几年粉体制备常用和最新工艺和ZTA陶瓷应用方面的研究进展进行了综述,并对ZTA复相材料今后的发展进行了展望.关键词:ZTA;增韧机理;复合粉体制备;研究进展;发展趋势Abstrac t:Zirconia toughened aluminum (ZTA) hasbeenwidely studied as a new type of toughened ceramic.The aim of this investigation is to review the recent literatures on its synthesismechanisms, new preparation.methods of composite powders and applications. The problems in preparation techniques and developmental trend are discussed aswel.lKey words:ZTA; strengthening and tougheningmechanisms; preparation technology of composite powders;current research situation; development trendAl2O3陶瓷被广泛应用于一些耐高温、强腐蚀环境中,而Al2O3陶瓷断裂韧性较低的致命弱点,限制了它更大范围的使用.采用ZrO2相变增韧、颗粒弥散强化或纤维及晶须补强等方法,可使陶瓷材料的力学性能大大提高,是先进复相结构陶瓷材料的重要发展方向.从ZrO2/Al2O3系统相图[1]可知,即使在很高的温度下ZrO2与Al2O3之间都不会生成固溶体,这就为研究ZrO2/Al2O3复相陶瓷提供了理论依据.由于，ZTA陶瓷是zro2增韧陶瓷中效果最佳者，近年来,不少学者对该系统复相陶瓷进行了大量研究,随着复相陶瓷技术的发展, ZTA 复相陶瓷的研究成为陶瓷材料领域研究的一大热点.本文就近年来国内外文献对ZTA陶瓷的复合机理、制备方法、发展趋势等研究进展做如下综述.一、ZTA陶瓷的增韧机理ZTA陶瓷的增韧机理是晶须及纤维增韧,第二相弥散强化增韧, ZrO2相变增韧,以及与金属复合形成金属基复相陶瓷，残余应力增韧等等。
ZrO2精细陶瓷材料湿法成型工艺概述摘要：zr02具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下为导体等良性质。
在20世纪70年代出现了氧化锆陶瓷增韧材料，使氧化锆陶瓷材料的力学性能获得了大幅度的提高，极大的扩展了zr02在结构陶瓷领域的应用。
本文主要介绍了论述了氧化锆精细陶瓷材料的湿法成型工艺的有关研究现状，分析了不同工艺方法的优缺点和应用领域。
关键词：关氧化错高性能陶瓷制备应用就目前陶瓷制备工艺的发展水平来看，成型工艺在整个陶瓷材料的制备过程中起着承上启下的作用，是保证陶瓷材料及部件的性能可靠性及生产可重复性的关键，与规模化和工业化生产直接相关。
下面介绍氧化锆精细陶瓷材料湿法成型较为常用的几种方法。
一、注浆成型注浆成型属于传统工艺，适合制备形状复杂的大型陶瓷部件，但坯体质量，包括外形、密度、强度等都较差，工人劳动强度大且不适合自动化作业。
二、热压铸成型热压铸成型是在较高温度下使陶瓷粉体与粘结剂(石蜡)混合，获得热压铸用的浆料，浆料在压缩空气的作用下注入金属模具，保压冷却，脱模得到蜡坯，蜡坯在惰性粉料保护下脱蜡后得到素坯，素坯再经高温烧结成瓷。
热压铸成型的生坯尺寸精确。
内部结构均匀，模具磨损较小，生产效率高，适合各种原料。
蜡浆和模具的温度需严格控制，否则会引起欠注和变形，因此不适合用来制造大型部件，同时两步烧成工艺较为复杂，能耗较高。
三、流延成型流延成型是把陶瓷粉料与大量的有机粘结剂、增塑剂、分散剂等充分混合，得到可以流动的粘稠浆料，把浆料加人流延机的料斗，用刮刀控制厚度，经加料嘴向传送带流出．烘干后得到膜坯。
此工艺适合制备薄膜材料，为了获得较好的柔韧性而加入大量的有机物，要求严格控制工艺参数，否则易造成起皮、条纹、薄膜强度低和不易剥离等缺陷。
所用的有机物有毒性，会产生环境污染，应尽可能采用无毒或少毒体系，减少环境污染。
四、直接凝固注模成型直接凝固注模成型是由苏黎世联邦工学院开发的一种成型技术。
ZrO2纤维的制备、性能及其应用摘要：耐高温、高强度ZrO2连续纤维在工业及航空、航天领域中有着重要的用途。
本文总结了近年来国际上对氧化锆连续纤维的研究成果。
系统介绍了ZrO2连续纤维的制备方法以及对纤维性质的研究。
关键词：一、叙述1.1 氧化锆简介ZrO2具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。
其本身是一种具有优良的热学、电学、光学和机械性能的过渡金属氧化物。
纯的氧化错在不同温度下具有单斜(m)、四方(t)和立方(C)三种不同晶型:立方(Fm3m)。
图l为三种晶型的晶胞结构。
图1,氧化错的3种晶胞结构纯氧化错的高温相结构不能稳定到室温,但掺人Y203、CaO、Mgo或CeO:等氧化物形成固溶体,可使其相变点降低,使立方相和/或四方相结构保留下来,即起到了稳定高温相的作用。
加人足量稳定剂可在室温下获得C一zro:单相材料,即全稳定氧化错(fullystabilizedzireonia,FSZ)。
e一Zr():单晶是一种高硬度的装饰宝石,c一ZrO:陶瓷是一种P一型半导体,具有优良的离子传导性,被广泛用作氧探测器、高温发热元件和其他功能材料。
将稳定剂的含量适当减少,使t 一Zro:部分亚稳到室温,便得到部分稳定化氧化错(partiallystabilizedzireonia,PSZ),或使t-Z:O:全部亚稳到室温,得到四方相多晶氧化错(tetragonalzir-coniapolycrystals,TZp)。
TZp具有优良的力学性能、低的导热系数和良好的抗热震性,有“陶瓷钢”之美称。
由于t一ZrO:可在应力条件下发生向m一ZrO:的相变,并伴随约7%的体积膨胀,根据这一特点,t 一zro:被用来作为一种有效的复合材料和复合陶瓷相变增韧剂,显著提高脆性材料的韧性和强度。
t一ZrO:自身强度之所以高也与其相变增韧原理有关,可以缓冲裂纹能量,阻止其扩展。
在几种稳定剂中,Y203的稳定效果最好[4]。
ZrO2陶瓷的应用及原理1. 介绍ZrO2陶瓷是一种具有优异性能和广泛应用的先进陶瓷材料。
它以氧化锆（Zirconium Dioxide）为主要成分，具有高硬度、高熔点、耐腐蚀性好、绝缘性能优异等特点。
本文将重点介绍ZrO2陶瓷的应用领域以及其原理。
2. 应用领域2.1 传感器ZrO2陶瓷因其优异的尺寸稳定性和化学稳定性，被广泛应用于传感器领域。
它可以用于气体传感器、温度传感器、湿度传感器等。
在气体传感器中，ZrO2陶瓷常用作传感器元件中的感受层，通过对气体的吸附量变化进行测量，实现气体检测的目的。
2.2 电子器件由于ZrO2陶瓷的高介电常数和优良的绝缘性能，它被广泛应用于电子器件中，例如电容器、变压器和电子管等。
在电容器应用中，ZrO2陶瓷常被用作电介质层，可以提高电容器的性能。
在电子管中，ZrO2陶瓷常用于缓冲层，起到隔离和保护作用。
2.3 医疗领域ZrO2陶瓷在医疗领域中具有广泛的应用。
由于其生物惰性和良好的耐腐蚀性，ZrO2陶瓷常被用于人工关节、牙科种植体等医疗器械的制作。
其高硬度和耐磨性也使得ZrO2陶瓷成为一种理想的牙科修复材料。
2.4 其他应用除了上述应用领域，ZrO2陶瓷还有许多其他应用。
例如，在航空航天领域，ZrO2陶瓷可以用于制作航空发动机部件和航天器的闪光层。
在化工领域，它可以用于制作耐酸碱容器和化学反应器。
此外，ZrO2陶瓷还可以用于制作陶瓷刀具、研磨球等工具。
3. 原理ZrO2陶瓷的优异性能和广泛的应用离不开其特殊的结构和特点。
3.1 结构ZrO2陶瓷具有多种晶相，其中最常见的是单斜晶型、四方晶型和立方晶型。
在常温下，ZrO2陶瓷通常为单斜型或四方型结构，而在高温下，可以转变为立方晶型结构。
这种结构的变化给ZrO2陶瓷带来了一些独特的性能，如高温稳定性和低热导率。
3.2 特性除了结构上的不同，ZrO2陶瓷还具有以下特性：•高硬度：ZrO2陶瓷的硬度接近于莫氏硬度9，比钢材等常见材料更为坚硬；•高熔点：ZrO2陶瓷的熔点约为2700摄氏度，具有优异的高温稳定性；•耐腐蚀性好：ZrO2陶瓷对酸、碱等腐蚀物质具有良好的抗腐蚀性；•优良的绝缘性能：ZrO2陶瓷具有极高的绝缘性能，常被用作电子器件的绝缘层。
ZrO2增韧机制ZrO2增韧机制有许多种：应力诱导相变增韧、相变诱发微裂纹增韧、表面诱发强韧化和微裂纹弯曲及分岔增韧。
1）相变增韧ZrO2 颗粒弥散在其它陶瓷基体中，当基体对ZrO2颗粒有足够的压应力，而ZrO2的颗粒度又足够小，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温时ZrO2仍可以保持四方相。
当材料受到外应力时（张应力），基体对ZrO2 的压抑作用得到松弛，ZrO2 颗粒即发生四方相到单斜相的转变，有7%-9%的体积膨胀，从而导致压应力的产生，不仅抵消了外力形成的张应力，而且阻止了进一步的相变。
这就是ZrO2 的相变增韧。
2）微裂纹增韧部分稳定ZrO2 陶瓷在由四方相向单斜相转变，相变出现了体积膨胀而导致产生微裂纹。
这样由ZrO2 陶瓷在冷却过程中产生的相变诱发微裂纹，以及裂纹在扩展过程中在其尖端区域形成的应力诱发相变导致的微裂纹，都将起着分散主裂纹尖端能量的作用。
从而提高了断裂能，称为微裂纹增韧。
3）表面诱发强韧化表面强化增韧陶瓷材料的断裂往往是从表面拉应力超过断裂应力开始的。
由于ZrO2陶瓷烧结体表面存在基体的约束较少，t-ZrO2很容易转变为m-ZrO2 ，而内部的t-ZrO2由于受基体各方向压力保持亚稳定状态，因此表面的m-ZrO2比内部多，而转变产生的体积膨胀使材料表面产生参与的压应力，可以抵消一部分外加的拉应力，从而造成表面强化增韧。
4）微裂纹弯曲及分岔增韧第九章1．烧结：粉末或非致密性物料经加热到低于其熔点的一定范围内，发生颗粒粘结、结构致密性增加，晶粒长大，强度和化学稳定性提高等物理变化，成为坚实集合体的过程，其中无液相时为固相烧结，有少量液相时为液相烧结。
1．烧结与烧成烧成—包括物料的预热、脱水、分解、多相反应、熔融、溶解、烧结等多种物理和化学变化；烧结—仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程，是烧成过程的一部分。
fgdgdfgdf 符合法规和法规和土壤突然图腾§2.5 ZrO 2的晶型转变和陶瓷增韧ZrO 2是最耐高温的氧化物之一，它的熔点高达2 953 K 。
ZrO 2还具有良好的热稳定性和优良的高温导电性。
烧结的ZrO 2陶瓷，可以作为超高温耐火材料、高温发热元件、磁流体发电机电极材料以及熔炼某些金属(如钾、钠、铝和铁等)的坩埚等等。
此外，市场上见有添加ZrO 2超细粉的织物[13]，据商家介绍其具有某些特殊功能。
ZrO 2有3种变体，常温稳定相为单斜晶型，其晶胞参数为a =5.312 9×10-10 m ， b =5.212 3×10-10 m ， c =5.147 1×10-10 m ， β=1.731 7 rad (99.218º) (PDF, JCPDS, 1974)。
各变体间的转变如下式所示［５］ 单斜ZrO 21473K 1273K ≈≈四方ZrO 22643K 立方ZrO 2。
（2–6）图2–8 ZrO 2系统相图的p –T 关系[6]图2–9 ZrO 2的热膨胀曲线[5]，Δl ／l 为线膨胀率图2–10 ZrO2的差热曲线[5]ZrO2的晶型转变也可用相图(图2–8)来表示。
当温度升高到接近1 473 K时,单斜晶型会转变成四方晶型。
此转变伴随有7%～9%的体积收缩和1.8×10４J·mol-1的吸热效应[6, 14]（参见图2–9及图2–10）。
此转变属于位移式转变中的马氏体相变[2]，转变速度很快。
从热膨胀曲线及差热曲线可以发现，在加热过程中由单斜转变成四方ZrO2的温度(≈1 473 K)，和冷却过程中后者转化为前者的温度(≈1 273 K)，并不一致。
也就是说，出现了多晶转变中常见的热滞现象。
由此可知，热滞现象不仅能在重构式转变中发生(这点似较易理解，详见上文§2.2中的机理三)，也可以在转变速度很快的位移式转变中观察到。
