当前位置：文档之家 › 氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展_袁明

氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展_袁明

  • 格式：pdf
  • 大小：626.98 KB
  • 文档页数：4

下载文档原格式

  / 4

合集下载

一种氧化锆增韧氧化铝粉末及陶瓷的制备方法[发明专利]

一种氧化锆增韧氧化铝粉末及陶瓷的制备方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011437485.2(22)申请日 2020.12.07(71)申请人 深圳陶陶科技有限公司地址 518000 广东省深圳市前海深港合作区前湾一路1号A栋201室(入驻深圳市前海商务秘书有限公司)(72)发明人 冼锐伟　杨青松　秦宏友　廖小龙　刘楷　李方伟　毕倩兰　徐信林　李禅　吴沙鸥　李毅　(74)专利代理机构 深圳国新南方知识产权代理有限公司 44374代理人 周雷(51)Int.Cl.C04B 35/10(2006.01)C04B 35/622(2006.01)C04B 35/626(2006.01)(54)发明名称一种氧化锆增韧氧化铝粉末及陶瓷的制备方法(57)摘要本发明提供了一种氧化锆增韧氧化铝粉末的制备方法，包括以下步骤：S1、将硝酸铝溶液和硝酸锆溶液混合，加入表面活性剂，搅拌，得到第一溶液。

S2、向第一溶液中加入碱性水溶液，进行沉淀老化处理，对反应后的第一溶液进行抽滤以收集下层沉淀物，得到沉淀混合物。

S3、将沉淀混合物进行煅烧后，再对其喷雾造粒，得到氧化锆增韧氧化铝粉末。

还提供了一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷的制备方法，包括上述氧化锆增韧氧化铝粉末的制备方法，还包括制备成型体步骤，及烧结步骤。

采用本发明方法制备的氧化锆增韧氧化铝粉末和陶瓷，粒径均匀，烧结性能好，成分均匀，力学性能优异。

权利要求书1页 说明书7页 附图3页CN 112456979 A 2021.03.09C N 112456979A1.一种氧化锆增韧氧化铝粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1、将硝酸铝溶液和硝酸锆溶液混合，进行第一次搅拌，加入表面活性剂，在70-90℃温度下进行第二次搅拌，得到第一溶液；S2、向步骤S1制得的第一溶液中加入碱性水溶液，进行沉淀老化处理，对反应后的第一溶液进行抽滤以收集下层沉淀物，得到沉淀混合物；S3、将所述沉淀混合物进行煅烧得到氧化锆增韧氧化铝复合粉体，将所述复合粉体进行喷雾造粒得到氧化锆增韧氧化铝粉末。

氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展_袁明

氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展_袁明

2013 年 3 月
氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展
3
应用相结合起来， 才能促进氧化锆陶瓷的发展， 从而研 提高和改善陶瓷的 制出适合于具体应用的各种陶瓷， 强度。 * 基 金 项 目： 本 课 题 得 到 江 西 科 技 支 撑 项 目 （ 20123BBG70193 ） 、 江西省教改课题 （ JXJG － 12 － 7 － 15 、 JXJG － 12 － 7 － 19 ） 及南昌航空大学校团委第七界 “三小” 的资助。 参考文献 ［ 1］ M． Rileanu， L． Todan， D． Crisan， N． Drgan， M． Crisan， C． Stan， C． Andronescu， M． Voicescu， B． S． Vasile， A． Ianculescu， Sol – gel zirconia nanopowders J． Alloys． with α － cyclodextrin as organic additive， 517 （ 2012 ） 157 － 163． Compd． ， ［ 2］ 林振汉． 氧化锆材料在结构陶瓷的应用技术 、 现状 J］ ． 稀有金属快报， 2004． 06 ： 11 － 15． 和发展［ ［ 3］ 马中义， 徐润， 杨成， 等． 不同形态 ZrO2 的制备及其 ． 物理化学学报， 2004 ， 20 （ 10 ） ： 表面性质研究［J］ 1221 － 1225． ［ 4］ Monte F Del， Larsen W， Mackenzie J D． Stabilization of tetragonal ZrO2 in ZrO2 － SiO2 binary oxides［J］ ． J Am 2000 ， 83 （ 3 ） ： 628 － 634． Ceram S℃ ， ［ 5］ Puolakka K J， Juutilainen S， Krausel A O I． Combined CO2 reforming and partial oxidation of n － heptane on noble metal zirconia catalysts ［J］ ． Catalysis Today， 2006 ， 115 （ 1 － 4 ） ： 217 － 221． ［ 6］ Barbucci A， Viviani M， Carpanese D， et al． Impedance analysis of oxygen reduction in SOFC composite electrodes［J］ ． Electr℃ himica Acta， 2006 ， 51 （ 8 － 9 ） ： 1641 － 1650． ［ 7］ 熊炳昆， 林振汉， 杨新民， 蒋东民， 罗方承， 张玲秀． ． 北京： 冶金工业出 二氧化锆制备工艺与应用［M］ 2008 ： 265． 版社， ［ 8］ R． C． Garvie， R． H． Hannink ＆ R． T． Pascoe． Ceramic steel． Nature， 1975 ， 258 ， 703 － 704． ［ 9］ Richard H． J． Hannink， Patrick M． Kelly and Barry C． Muddle． Transformation Toughening in Zirconia － ConJ］ ． Journal of the American Ceramic taining Ceramics［ S℃ iety． （ 2000 ） ， 83 （ 3 ） ， 461 – 487． ［ 10］Hu， Jianbo； Ichiyanagi， Kouhei； Takahashi， Hiroshi； Koguchi， Hiroaki； Akasaka， Takeaki； Kawai， Nobuaki； Nozawa， Shunsuke； Sato， Tokushi； Sasaki， Yuji C． ； Adachi ， Shin － ichi； Nakamura， Kazutaka G． Reversible phase transition in laser － sh℃ ked 3Y － TZP ceramics observed via nanosecond time － resolved x － ray diffrac． Journal of Applied Physics， 2012 ， 111 （ 5 ） ， tion［J］ 053526 /1 － 053526 /5．

表面处理提高TZP陶瓷韧性研究

表面处理提高TZP陶瓷韧性研究

氧化锆陶瓷具有高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐酸碱腐蚀及高化学稳定性等特点，同时还具有无线信号屏蔽、可加工性强，外观效果好等优点。

它作为结构材料和功能材料广泛地应用于各个行业中，是国家产业政策中重点鼓励发展的高性能新材料之一。

作为结构材料，氧化锆陶瓷已被用来制作高性能陶瓷轴承、陶瓷阀门、研磨球、陶瓷刀具、陶瓷牙齿等[1]。

特别是在5G 时代，氧化锆陶瓷成为手机盖板、指纹模组等结构件的优选材料。

此外，在智能穿戴领域如手表等也展现出了一定的应用前景[2]。

白色氧化锆陶瓷产品展现出了优异的机械性能，例如英国Morgan 公司的Nilcra Zirconia 3Y-TZP 弯曲强度、硬度和断裂韧性分别达到了1000MPa、12.7GPa 和10MPam 1/2。

但是高性能氧化锆陶瓷颜色和质感仍然无法满足需求，例如日本京瓷象牙色的Z201N 氧化锆陶瓷弯曲强度和硬度分别达到了1000MPa、12.3GPa，但断裂韧性仅为4~5MPam 1/2。

因此，学者们就提高彩色氧化锆陶瓷的性能展开一些工作。

例如，Holz 等[3]掺入Fe 2O 3制备了黄色系氧化锆陶瓷，陶瓷的强度、硬度和断裂韧性分别达到了1000MPa、12GPa 和7.8MPam 1/2；Yang Liu 等[4]制备了ZrO 2-SiO 2玻璃陶瓷，韧性可达到6.7MPa 1/2；刘丽菲[5]以Al 2O 3、SiO 2、MgO、CaO 为增韧剂，制备出了抗弯强度和韧性达到1016MPa 和14.2MPam 1/2的白色氧化锆，彩色氧化锆陶瓷强度也达到1000MPa，但无韧性数据报导道；陈蓓[6]在彩色氧化锆中添加25%Al 2O 3，制备的钴掺杂蓝色氧化锆抗弯强度和韧性达到840MPa 和12.6MPam 1/2，钒掺杂金色氧化锆抗弯强度和韧性达到975MPa 和13.8MPam 1/2，但是未见彩色氧化锆工业化产品具有如此优秀性能的报道。

一种纳米氧化锆增韧纳米氧化铝陶瓷的制备方法

一种纳米氧化锆增韧纳米氧化铝陶瓷的制备方法

本发明公开了一种纳米氧化锆增韧纳米氧化铝陶瓷的制备方法,采用纳米氧化锆粉体和纳米氧化铝粉体作为原料,通过球磨-混炼-注射成型-脱脂-烧结的方法将纳米氧化锆颗粒均匀分散到纳米氧化铝当中,从而达到提高纳米氧化锆颗粒分散均匀性并提高ZTA陶瓷材料力学性能的目的,直接制备出具有最终形状和较高尺寸精度的纳米氧化锆增韧纳米氧化铝陶瓷零件,解决了现有技术直接采用纳米颗粒作为原料纳米颗粒易团聚导致陶瓷材料性能和组织均匀性不佳的问题。

申请号:2023112396371本发明涉及基于轻烧工艺的哑光数码功能墨水及制备方法。

哑光数码功能墨水,按重量份由以下原料组份组成:轻烧料40～60份、超细活性氧化铝晶种3～10份、溶剂40～60份、分散剂5～10份、防闪锈剂0.1～1.0份。

制备方法,包括⑴原料加工:用干法研磨工艺对轻烧料粉体进一步细磨,粉体粒径D50控制911μm;⑵除铁:细磨后的轻烧料粉体除铁后储存待用;⑶配料:将轻烧料粉体、氧化铝晶核、溶剂、分散剂、防闪锈剂按设定配比配料;⑷研磨:将配料混匀后研磨得到半成品哑光数码功能墨水,研磨细度粒径D50控制为100～300nm;⑸过滤:使用多级1μm的滤芯对步骤⑷的半成品墨水过滤,最终得到成品哑光数码功能墨水。

申请号:2023112999913本发明涉及瓷砖技术领域,尤其涉及一种渗透大理石釉、使用其的大理石瓷砖及其制备方法。

以重量份数计,包括如下原料混匀后球磨制得:霞石25-35份、硅灰石12-16份、改性钛酸钡熔块6-10份、球土6-13份、氧化锌8-12份、硫酸钡3-6份、石英15-20份、白云石8-13份、滑石1-2份、碳酸钡2-8份、渗透剂10-20份、粘结剂5-10份和去离子水10-15份。

通过在底釉层上依次施加多孔粗糙釉和渗透大理石釉,其中,渗透大理石釉层中加入了硫酸钡和改性碳酸钡熔块,有助于硅灰石、氧化锌结合成锌钛酸钡晶体,使釉层具有多孔粗糙、易渗透的特性,同时更易控制渗透大理石釉釉浆的性能,烧成后制备得到的大理石瓷砖具有较好的防滑性、耐侵蚀性和纹理感。

陶瓷增韧

陶瓷增韧

氧化锆陶瓷中微裂纹增韧的机理及应用摘要：氧化锆陶瓷是一种特殊的无机非金属材料，同时也是一种人们研究最多的一种物质之一，这主要是因为其有着独特的物理性质和化学性质。

在这里主要阐述了氧化锆陶瓷的物理性质、化学性质、应用性能及其增韧的原因、方法等。

其中最主要说明微裂纹增韧的机理及其在实际生产中的应用，最后简要的对氧化锆陶瓷的应用前景进行了展望。

关键词：陶瓷材料；微裂纹增韧；氧化锆陶瓷前言：在当今世界陶瓷材料已经应用到我们生活以及生产中的各个领域，而我们现在所用的陶瓷已经不仅仅局限于传统陶瓷，现在许多特种陶瓷、生物陶瓷等等。

氧化锆陶瓷的应用也是十分广泛的，在电子陶瓷、功能陶瓷、结构陶瓷中的应用得到迅速发展。

［1］这些新型陶瓷材料是电子，航空航天的基础材料，在高新技术领域十分活跃。

［2,3］氧化锆陶瓷材料之所以能得到这么广泛的应用是跟它上述优越的性质是分不开的。

他具有特殊的物理和化学性能如：如高硬度、低的热传导性、熔点高、抗高温和腐蚀、化学惰性和两性性质［4］。

但在实际的生活中氧化锆陶瓷材料还是有它自身的缺陷，说一个大家众所周知的缺点就是脆性！因此很容易被破坏。

只有改善材料的脆性，才能使其高强化，提高材料使用寿命。

所以现在陶瓷增技术成为陶瓷研究的热点。

正文：1、陶瓷脆性的原因：陶瓷材料是离子键和共价键晶粒共同构成的材料，因此抵抗裂纹产生和发展的能较小，缺乏像金属那样属性变形的能力，由此决定了陶瓷材料的脆性。

另外在陶瓷的生产制作过程中会产生很多缺陷，如：气空、裂纹等等。

有些裂纹一经产生就会迅速蔓延，使材料无征兆性的突然断裂，这种现象对建筑陶瓷来说是非常危险的，因此解决陶瓷的脆性势在必行。

现在，如何提高陶瓷材料的韧性已经成为一个热门的研究课题，目前来看已经探索出很多增韧陶瓷的方法，例如：纤维增韧、微裂纹增韧、相变增韧、复相陶瓷增韧等。

那么下面主要介绍陶瓷材料的微裂纹增韧。

2、氧化锆的基本性能氧化锆有三种晶相：单斜相m—ZrO2、四方相t—ZrO2、立方相c—ZrO2。

氧化锆陶瓷的研究进展共28页文档

氧化锆陶瓷的研究进展共28页文档

氧化锆陶瓷的研究进展共28页文档氧化锆陶瓷是一种高强度、高韧性的陶瓷材料，具有优异的力学性能和生物相容性，因此在医疗领域、机械工程领域以及能源领域等多个领域具有广泛的应用前景。

本文将就氧化锆陶瓷的研究进展进行介绍，以增进人们对此材料的了解。

在氧化锆陶瓷的研究中，最主要的焦点之一是提高其力学性能。

传统的氧化锆陶瓷在抗弯强度和韧性方面存在矛盾，即提高抗弯强度会降低其韧性。

为了解决这一问题，研究人员采用了多种方法来改善氧化锆陶瓷的性能，如添加其他元素、改变陶瓷的微结构以及使用纳米技术等。

通过这些方法，研究人员成功地提高了氧化锆陶瓷的抗弯强度和韧性，使其更加适用于工程领域。

此外，氧化锆陶瓷在生物医学领域的应用也备受关注。

由于其具有良好的生物相容性和抗磨损性能，氧化锆陶瓷在人工关节、骨科和牙科等领域的应用具有巨大潜力。

研究人员通过调控氧化锆陶瓷的物理性质和化学组成，使其更适用于人体组织接触的环境，如改变其孔隙度和表面性质等。

这些改进措施有助于提高氧化锆陶瓷与人体骨骼和软组织的结合力，从而提高其在医疗领域的应用效果。

此外，氧化锆陶瓷还在能源领域展示了巨大的应用潜力。

由于其具有优异的导电性能和热稳定性，氧化锆陶瓷被广泛应用于固体氧化物燃料电池等能源设备中。

研究人员通过改进氧化锆陶瓷的制备工艺、调控其微观结构和晶粒尺寸等手段，提高了其在能源领域的应用性能。

这些改进有助于提高燃料电池的效率和寿命，推动新能源技术的发展。

综上所述，氧化锆陶瓷在力学性能、生物医学领域和能源领域等方面的研究取得了显著进展。

未来，随着更多新材料和制备技术的研发，氧化锆陶瓷将有望在更多领域展示其广泛应用前景。

5.2 氧化锆陶瓷(氧化锆增韧陶瓷)(2009.11.13)


4. 多晶氧化锆宝石

ZrO2具有较高的折射率，如将它制成多彩的半透明多 晶ZrO2材料，即可以像天然宝石一样闪烁着绚丽多彩 的光芒。用它制成各种装饰用的宝石，其莫氏硬度达 8.5，光泽完全可以达到以假乱真的程度。 用不磨损的手表表壳、表链及人造宝石戒指，大多是 采用多晶ZrO2宝石制成的。它主要利用超细的ZrO2粉 末添加一定的着色元素，如V2O5，Fe2O3等，经高温处 理即可获得粗坯氧化锆陶瓷体，再经研磨、抛光即可 制成各种装饰品供应市场。
ZrO2陶瓷成型可采用注浆法或干压法成型。注浆成型时，可向 ZrO2细粉中加入少量的阿拉伯树胶（浓度为10%的约7%）和20% 左右的蒸馏水，具有良好的注浆性能浆料。 采用热压法可制得透明ZrO2陶瓷。烧成温度为1650~1800℃ ，保 温2~4小时。


部分PSZ材料的强度和断裂韧性
稳定剂成分 MgO 3% MgO 9%

2、几种典型的ZrO2增韧陶瓷
通常的ZrO2 增韧陶瓷有：ZrO2- MgO，ZrO2-
Al2O3，ZrO2- Y2O3，ZrO2- CaO，现在发展了
ZrO2-CeO2，Y2O3- ZrO2-HfO2等。此外还有 晶须(纤维)-ZrO2复合增韧陶瓷。
用氧化锆增韧的陶瓷材料的性能
材料 立方ZrO2 PSZ TZP Al2O3 莫来石 尖晶石 堇青石 烧结Si3N4
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。 微裂纹增韧的机理：是ZrO2 弥散粒子由四方相向单斜相 转化引起的体积膨胀，以及由之诱发的弹性压应变能或激 发产生的微裂纹，阻碍了主裂纹的扩展或释放其能量，达 到韧化提高强度的目的。

氧化锆增韧氧化铝复相陶瓷制备工艺的研究进展

氧化锆增韧氧化铝复相陶瓷制备工艺的研究进展作者：隋育栋来源：《科技创新与应用》2020年第13期摘; 要：氧化锆增韧氧化铝（ZTA）陶瓷在工业生产中的应用非常广泛，其制备工艺尤为重要。

文章综述了国内外关于ZTA陶瓷制备工艺的研究进展，以期为ZTA陶瓷的应用提供参考。

关键词：氧化锆增韧氧化铝陶瓷;粉体;块体;制备Abstract： Zirconia toughened alumina （ZTA） ceramics are widely used in industrial production， and its preparation process is particularly important. In this paper， the research progress on the preparation technology of ZTA ceramics at home and abroad is reviewed， in order to provide reference for the application of ZTA ceramics.1 概述在工业陶瓷中，氧化铝陶瓷（Al2O3）因具有高熔点、高硬度、优异的高温稳定性和低廉的价格而受到人们的广泛关注，但是其韧性较低，限制了工业应用范围。

将氧化锆（ZrO2）引入到Al2O3陶瓷中，可制得氧化锆增韧氧化铝陶瓷（ZTA）。

ZrO2在Al2O3陶瓷中能起到相变增韧和微裂纹增韧的作用，对Al2O3陶瓷进行增韧补强，从而改善Al2O3陶瓷的韧性，因此，ZTA陶瓷成为结构陶瓷中最有前途的材料之一。

在ZTA陶瓷中，Al2O3基體上均匀弥散分布着ZrO2粒子，随着温度的变化，ZrO2粒子发生相变，这种相变属于马氏体相变，会相应的产生体积膨胀和切应变，导致张应力和微裂纹的形成。

某些小尺寸的ZrO2粒子在张应力的作用下产生微裂纹，这些裂纹局限在小尺寸晶粒中，其萌生和扩展等都会消耗外应力场的能量，进而提高Al2O3陶瓷的韧性和强度[1]。

氧化锆陶瓷的表面处理方法的研究进展

氧化锆陶瓷的表面处理方法的研究进展李文艳;何勇;李晨军【期刊名称】《西南国防医药》【年(卷),期】2017(027)011【总页数】3页(P1249-1251)【关键词】氧化锆陶瓷;齿科;粘接剂;表面处理【作者】李文艳;何勇;李晨军【作者单位】646000四川泸州,西南医科大学口腔医学院;成都军区总医院附属口腔医院;646000四川泸州,西南医科大学口腔医学院;成都军区总医院附属口腔医院【正文语种】中文【中图分类】R783.1氧化锆陶瓷因同时具备机械力学特性优异、生物相容性良好、性质稳定、美学效果好等其他金属和陶瓷不能同时具备的优点，受到口腔界学者的关注，已经被广泛应用于临床牙冠部的修复、种植体和基台的修复等。

然而，其远期修复效果不如金属类修复体，临床主要问题是固位力差[1]。

这主要是因为氧化锆是一种惰性材料，表面含硅酸盐很少，玻璃相很少，所以，它与牙齿的粘接效果差。

为了解决这个问题，许多学者做了大量研究，主要是从改变氧化锆陶瓷的表面性质、增加表面粗糙度、研制更好的粘接剂等方面入手。

笔者主要对改变表面性质和增加其表面粗糙度这两个方面的研究进展做一概括。

1 改变表面性质1.1 上釉上釉是将釉药（一种低熔陶瓷）涂于氧化锆陶瓷表面的一种方法。

上釉之后的氧化锆陶瓷表面是长石类陶瓷材料，可以用氢氟酸或硅烷偶联剂处理。

有研究表明[2]，上釉联合氢氟酸和硅烷偶联化处理氧化锆表面，可使氧化锆与粘接剂的粘接效果大大提升。

也有文献报道[3]，上釉后，氢氟酸处理组与喷砂组对氧化钇稳定的四方相二氧化锆与树脂粘接剂的粘接强度相当。

由于这是最近提出的新技术，所以，有关在氧化锆陶瓷表面上釉后，氢氟酸处理表面对粘接效果影响的研究较少。

1.2 硅涂层硅涂层，即氧化锆表面用硅覆盖，使氧化锆陶瓷能够与粘接剂反应形成化学键。

硅涂层处理可增加氧化锆陶瓷表面的亲水性，可增加它的粘接耐久性[4]。

将硅涂层制备到氧化锆表面的方法有化学摩擦法[5]、溶胶-凝胶法[4，6]、等离子喷涂法[7]，其中，溶胶 -凝胶法较另外两类技术具有经济、操作简单和获得的粘接效果更强的优势。

一种超高强高韧低密度氧化锆陶瓷及其制备方法和应用[发明专利]

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202111612182.4(22)申请日 2021.12.27(71)申请人 湘潭顺络电子有限公司地址 411100 湖南省湘潭市湘潭县易俗河镇贵竹南路500号(72)发明人 丁国强　彭朝阳　李锦章　刘锋　(74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限公司 11227专利代理师 耿苑(51)Int.Cl.C04B 35/488(2006.01)C04B 35/80(2006.01)C04B 35/622(2006.01)G04G 17/08(2006.01)G04B 37/22(2006.01)(54)发明名称一种超高强高韧低密度氧化锆陶瓷及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种超高强高韧低密度氧化锆陶瓷，由包括复合材料和二氧化锆的物料制备得到；所述复合材料为含有碳纳米管和二氧化锆的复合材料。

本发明通过将纳米氧化锆封入碳纳米管中，使碳纳米管内的二氧化锆与基质中的二氧化锆紧密结合，通过碳纳米管的表面改性和高压均质机的均匀分散，实现碳纳米管在二氧化锆基质中增强增韧的作用，从而制备高强、高韧、高热导率、低密度的碳纳米管增强的氧化锆陶瓷；进而解决了氧化锆陶瓷在智能穿戴领域难加工、难密封、难结合、质量大等问题。

本发明还提供了一种超高强高韧低密度氧化锆陶瓷的制备方法和应用。

权利要求书1页 说明书7页CN 114516754 A 2022.05.20C N 114516754A1.一种超高强高韧低密度氧化锆陶瓷，由包括复合材料和二氧化锆的物料制备得到；所述复合材料为含有碳纳米管和二氧化锆的复合材料。

2.根据权利要求1所述的超高强高韧低密度氧化锆陶瓷，其特征在于，所述复合材料中的二氧化锆为纳米二氧化锆；所述复合材料中二氧化锆通过结晶析出的方式设置在碳纳米管的内部和表面；所述复合材料中的二氧化锆为掺杂稀土元素的二氧化锆。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4+ 稳 定 剂 主 要 是 离 子 半 径 与 Zr 相 差 不 超 艺而 得 到，
40% 的稀 土 或 碱 土 氧 化 物。 其 中 较 常 用 的 是 Y2 O3 、 CeO2 、 Sc2 O3 、 La2 O3 、 CaO、 MgO， 除此之外几种有代表性 Ta2 O5 等。 这些稳定剂 的稀土氧化物稳定剂有 Nb2 O5 、 但是各种单一稳定剂 可以单独稳定也可以复合稳定， 稳定氧化锆都有一些不足， 应用受到限制。 复合稳定 剂可以改善材料的烧结性能 、 提高其力学性能， 但也使 材料的组成和结构复杂化， 复合稳定剂的添加量、 比例 且协同稳定作用机理也变得复 使稳定效果非常复杂， 杂而模糊。 综上所述， 只有合理地将陶瓷增韧的方法与实际
［24 ］ TiB2 颗粒， 可以提高复合材料的力学和断裂韧性 。
。
残余应变能增韧即： 与相转变的原理基本相似， 在 裂纹进行扩展之前， 首先得克服陶瓷样品本身的内部 残余应变能， 从而达到增韧的目的。 Zhang Xinghong 等 人采用层压 ZrB2 – SiC 陶瓷是由不同含量的 SiC 堆叠 而成。叠层陶瓷表现出较高的断裂载荷时的缺口尖端 位于压缩层， 而显示较低的断裂载荷时的缺口显示为 抗拉 伸 层 内。 出 现 裂 纹 偏 转 验 证 了 残 余 压 应 力 增 韧
［9 ］
蒋华麟
舒红英
谢伟杰
何伟
邹芳
林艺
（ 南昌航空大学环境与化学工程学院， 江西 南昌 330063 ） 要： 本文综述了氧化锆的物理 、 化学性质、 应用性能及改善氧化锆陶瓷韧性的方
增韧的方法主要有： 相变增韧、 颗粒增韧、 纤维增韧、 自增韧、 弥散韧化、 协同增韧、 纳米 法，
具 氧化锆是一种研究得最多的氧化物材料之一， 有独特的物理和化学性质， 如高硬度， 低的热传导性， 熔点高， 抗高温和腐蚀， 化学惰性和两性性质 展
［2 ］ ［1 ］
， 在电
子陶瓷、 功能陶瓷和结构陶瓷等方面的应用迅速发 。这些特种陶瓷（ 或称新型陶瓷） 材料是电子、 航
［3 － 6 ］
天、 航空和核工业的基础材料， 在高新技术领域中的应 用异常活跃 ， 例如某种火箭中用特种陶瓷材料制 造的零部件占 80% ， 一台彩电接收机用特种陶瓷材料 制造的元件占 75% ， 一台自动控制系统的调节范围 、 精 确度和灵敏度等主要指标取决于传感器的性能， 而制 造传感器则主要取决于功能陶瓷材料 。 二氧化锆是高熔点金属氧化物， 分子式为 ZrO2 ， 相 对分子质量为 123． 22 ， 熔点为 2715℃ ， 软化点在 2390 ～ 2500℃ 之间， 沸点约为 4300℃ ， 莫氏硬度为 7
陶瓷增韧技术的局限性： 陶瓷增韧技术虽然众多， 但是各种增韧技术都有 如： 颗粒弥散增 韧 操 作 比 较 简 自身的特点和局限性， 单， 但增韧效果不显著。 纳米级颗粒引入陶瓷基体中 取得了很好的增强增韧效果， 但制备纳米复相陶瓷成 能较好地应用于氧化锆 本较高。相变增韧效果显著， 陶瓷中。 实现相变增韧需要将高温四方相稳定至室温， 获 得室温下受应力时可发生相变的四方相 。 四方相稳定 至室温可以通过添加一定的稳定剂并适当控制制备工
［22 ］
。
微裂纹增韧即： 在裂纹应力尖端加入韧性材料， 使 其产生微裂纹， 达到分散应力的目的， 减少裂纹前进的 从而增加材料的韧性。 在材料发生相转变时， 往 动力， 往也会导致残余应变能效应以及产生微裂纹 。 因此， 相转变增韧的效果是显著的 。 “细化理论 ” ， 纳米增韧即： 第一种是 认为纳米相的 使基体结构均匀细 引入能抑制基体晶粒的异常长大， 化， 从而提高纳米陶瓷复合材料强度韧性 。 第二种是 “穿晶理论” ， 认为纳米复合材料中， 基体颗粒以纳米颗 粒为核发生致密化而将纳米颗粒包裹在基体晶粒内部 “晶内型” 形成 结构。 这样便能减弱主晶界的作用， 诱 发穿晶断裂， 使材料断裂时产生穿晶断裂而不是沿晶 从而提高纳米陶瓷复合材料强度和韧性 。 第三 断裂， “钉扎” 种是 理论， 认为存在于基体晶界的纳米颗粒产 “钉扎” 生 效应， 从而限制了晶界滑移和孔穴 、 蠕变的发 晶界的增强导致纳米复相陶瓷韧性的提高 。 生， 纳米技术的广泛应用使得可以改善陶瓷最大的缺 — —脆性的纳米陶瓷应用而生 。英国材料学家 Cahn 陷— 曾说， 纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径 。 纳米复相陶瓷即陶瓷基纳米复合材料， 是指异质 相纳米颗粒均匀的弥散在陶瓷基体中形成的复合材 料。当纳米粒子主要分布在陶瓷基体晶粒内部时， 称 为晶内型纳米复相陶瓷； 当纳米粒子主要分布在陶瓷 称为晶间型纳米复相陶瓷 。 通常这 基体晶粒间界时， 两者复合型态很容易同时存在， 称为混合型复相陶瓷。 按基体与分散相粒径大小划分， 纳米复相陶瓷包括微
。
颗粒增韧： 用颗粒做增韧剂， 尽管效果不及晶须与 纤维， 但若颗粒种类、 粒径、 含量和基体材料选择得当， 仍有一定的强韧效果， 而且其优点是简便易行， 增韧的 同时会带来高温强度和高温蠕变性能的改善 。 颗粒增 韧的韧化机理主要有细化基体晶粒和裂纹转向分叉 等。 拉脱 / 桥接效应—纤维、 晶须增韧原理即： 在紧靠 裂纹尖端的晶体， 由于变形而给裂纹表面加上了闭合 应力， 抵消裂纹尖端的外应力， 钝化裂纹扩展， 从而起 到了增韧作用； 此外， 裂纹扩展时， 柱状晶体的拔出时 也要 克 服 摩 擦 力， 也 会 起 到 增 韧 的 作 用。 Jeffery J．
［7 ］
。
如： 铁电 / 压电性畴转变增韧机制， 在压电陶瓷材料中， 利用使产生裂纹的外应力转变为电能， 从而达到增韧 的目的。外界条件对氧化锆陶瓷相变有很大的影响， 如： 激光冲击 寸和含量 断裂。 Kathleen B． Alexander 等人在 1995 年研究了氧化 铝 － 氧化锆复合材料（ ≥20 vol% ZrO2 ） 的内部应力和 马氏体开始转变的温度（ Ms ） ： 氧化锆的马氏体开始转 变的温度 Ms 由单斜， 四方两相的热膨胀系数的差异引 起的内应力引起的。内应力随氧化锆含量的减少而粒 子大小增大而增大。低氧化锆含量导致了氧化锆粒子 的单独存在， 而高氧化锆含量导致了氧化锆粒子的相 互连接， 在氧化锆相变增韧时需要添加适当的量
2013 年 3 月
氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展
1
氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展
袁明 陈萍华
摘 增韧等。 关键词： 氧化锆 陶瓷 增韧 进展 增大裂纹扩展所需克服 应力； 2． 消耗裂纹扩展的能量， 的能垒； 3． 转换裂纹扩展的能量。 陶瓷的增韧方法包括： 相变增韧、 颗粒增韧、 纤维 增韧、 自增韧、 弥散韧化、 协同增韧、 纳米增韧等。 相变增韧即： 亚稳定四方相 t—ZrO2 在裂纹尖端应 形成单斜 相， 产生体积膨 力场的作用下发生一相变， 胀， 从而对裂纹形成压应力， 阻碍裂纹扩展， 起到增韧 的作用。这就 是 著 名 的 Garvie 应 力 诱 导 相 变 增 韧 机 理。另外， 相变增韧也 是 可 以 应 用 于 功 能 陶 瓷 的
［8 ］
等。如果相变产生大的应力和体积变化， 则产品容易
。
陶瓷材料的致命缺点是脆性， 低可靠性和低重复 性， 这些不足严重影响了陶瓷材料的应用范围 。 只有 改善陶瓷的断裂韧性， 实现材料强韧化， 提高其可靠性 和使用寿命， 才能使陶瓷材料真正地成为一种广泛应 用的新型材料， 因此， 陶瓷增韧技术一直是陶瓷研究的 热点。 氧化锆陶瓷主要有以下几种： 部分稳定氧化锆陶 PSZ） ； 四方氧化锆多晶体 瓷（ partially stabilized zirconia， TZP ） ； 氧 化 锆 增 韧 陶瓷（ tetragonal zirconia polycrystal， ZTC） 。 陶瓷（ Zirconia Toughened Ceramics， 陶瓷的断裂主要是由于裂纹扩展导致的， 那么如 何阻止裂纹扩展呢？ 主要的方法有： 1． 分散裂纹尖端
2013 年 3 月
氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展
3
应用相结合起来， 才能促进氧化锆陶瓷的发展， 从而研 提高和改善陶瓷的 制出适合于具体应用的各种陶瓷， 强度。 * 基 金 项 目： 本 课 题 得 到 江 西 科 技 支 撑 项 目 （ 20123BBG70193 ） 、 江西省教改课题 （ JXJG － 19 ） 及南昌航空大学校团委第七界 “三小” 的资助。 参考文献 ［ 1］ M． Rileanu， L． Todan， D． Crisan， N． Drgan， M． Crisan， C． Stan， C． Andronescu， M． Voicescu， B． S． Vasile， A． Ianculescu， Sol – gel zirconia nanopowders J． Alloys． with α － cyclodextrin as organic additive， 517 （ 2012 ） 157 － 163． Compd． ， ［ 2］ 林振汉． 氧化锆材料在结构陶瓷的应用技术 、 现状 J］ ． 稀有金属快报， 2004． 06 ： 11 － 15． 和发展［ ［ 3］ 马中义， 徐润， 杨成， 等． 不同形态 ZrO2 的制备及其 ． 物理化学学报， 2004 ， 20 （ 10 ） ： 表面性质研究［J］ 1221 － 1225． ［ 4］ Monte F Del， Larsen W， Mackenzie J D． Stabilization of tetragonal ZrO2 in ZrO2 － SiO2 binary oxides［J］ ． J Am 2000 ， 83 （ 3 ） ： 628 － 634． Ceram S℃ ， ［ 5］ Puolakka K J， Juutilainen S， Krausel A O I． Combined CO2 reforming and partial oxidation of n － heptane on noble metal zirconia catalysts ［J］ ． Catalysis Today， 2006 ， 115 （ 1 － 4 ） ： 217 － 221． ［ 6］ Barbucci A， Viviani M， Carpanese D， et al． Impedance analysis of oxygen reduction in SOFC composite electrodes［J］ ． Electr℃ himica Acta， 2006 ， 51 （ 8 － 9 ） ： 1641 － 1650． ［ 7］ 熊炳昆， 林振汉， 杨新民， 蒋东民， 罗方承， 张玲秀． ． 北京： 冶金工业出 二氧化锆制备工艺与应用［M］ 2008 ： 265． 版社， ［ 8］ R． C． Garvie， R． H． Hannink ＆ R． T． Pascoe． Ceramic steel． Nature， 1975 ， 258 ， 703 － 704． ［ 9］ Richard H． J． Hannink， Patrick M． Kelly and Barry C． Muddle． Transformation Toughening in Zirconia － ConJ］ ． Journal of the American Ceramic taining Ceramics［ S℃ iety． （ 2000 ） ， 83 （ 3 ） ， 461 – 487． ［ 10］Hu， Jianbo； Ichiyanagi， Kouhei； Takahashi， Hiroshi； Koguchi， Hiroaki； Akasaka， Takeaki； Kawai， Nobuaki； Nozawa， Shunsuke； Sato， Tokushi； Sasaki， Yuji C． ； Adachi ， Shin － ichi； Nakamura， Kazutaka G． Reversible phase transition in laser － sh℃ ked 3Y － TZP ceramics observed via nanosecond time － resolved x － ray diffrac． Journal of Applied Physics， 2012 ， 111 （ 5 ） ， tion［J］ 053526 /1 － 053526 /5．