Y-TZP增韧陶瓷的制备及力学性能-南京工业大学学报自然科学版.PDF

第 19 卷第2 期　　　　　　　　　　南　京　化　工　大　学　学　报　　　　　　　　　　 ol.19 No.2 1997 年4 月　　JOURNAL OF NANJING UNI ERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY　　　Apr.1997 Y-TZP 增韧陶瓷的制备及力学性能 李远强　周宛玲　丘　泰　李　梅　徐　洁 (南京化工大学材料科学 工程系, 南京, 210009) 摘 　 要　研究了制备工艺和Y O 含量对四方多晶氧化锆(Y-TZP)力学性能的影响, 并研究了 2 3 3 Y-TZP陶瓷的断裂统计、耐热冲击特性。 2.5 Y-TZP 和 3 Y-TZP 陶瓷的三点抗弯强度分别为 1360±168 MPa 和1081±243 MPa, Weibull模数 m 分别为8.27和4.34;断裂韧性分别为11.79 1/2 1/2 MPa·m 和11.60MPa·m 。 Y-TZP 陶瓷中ZrO 以四方相 少量的立方相形式存在;压痕裂纹 2 扩展为沿晶和穿晶混合模式。 关键词　相变增韧　四方多晶氧化锆　力学性能　增韧陶瓷　耐热冲击 中图号　TQ 174.758.22 陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、重量轻, 高温力学性能良好, 高温蠕变小, 并具有良好的 热绝缘和电绝缘性等优点。但是陶瓷材料所固有的脆性本质, 却大大阻碍了它在工程材料 方面的应用, 如何改善陶瓷材料的脆性一直是各国学者所关注的问题。 [ 1] 氧化锆增韧陶瓷的出现, 为改善陶瓷材料的脆性提供了一条有效的途径 , 它是利用 分散或析出在陶瓷基体中的ZrO 颗粒四方(t )※ 单斜(m )的马氏体相变作用来达到使陶 2 瓷材料增强增韧的目的。其增韧机制主要有相变增韧, 微裂纹增韧和表面增韧以及裂纹弯 [2] 曲和偏转增韧等 。氧化锆增韧陶瓷按显微结构的差异可分为PSZ (部分稳定氧化锆), TZP(四方多晶氧化锆)和ZTC (ZrO 弥散增韧陶瓷)三类。其中以Y O 为稳定剂的Y- 2 2 3 TZP 增韧陶瓷具有烧结温度低, 无需热处理即可获得均质细晶的显微结构, 且力学性能优 异, 可望在中低温下取代部分金属材料, 应用于高效率的热机部件, 精密机械加工零部件, 生物体材料等领域。 获得具有力学性能良好的Y-TZP 陶瓷的关键是:从高温冷却至室温时尽可能多的保留 四方相ZrO 的体积分数, 控制并提高对增韧有贡献的四方到单斜相转变的有效相变。本文 2 研究了组成和制备工艺对Y-TZP 力学性能、相组成和显微结构的影响, 并研究了Y-TZP 的 耐热冲击性能, 用SEM 观察了预制压痕裂纹的扩展方式。 1　实验方法 1.1　原料 以工业级ZrOCl2 ·8H2O 和化学纯Y2O3 为先驱原料, 用化学共沉淀方法制备亚微米级 Y O -ZrO 超细粉末。制备的ZrO 粉末一次粒径平均约18 nm, 平均粒径(d )为0.75 μm。 2 3 2 2 50 收稿日期:1996-07-08 第2 期　　　　　　　　　　　李远强等:Y-TZP 增韧陶瓷的制备及力学性能 43 1.2　热压烧结Y-TZP 陶瓷 将合