第四章氧化铝和氧化锆

1、NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU氧化铝主要晶型及其性质氧化铝主要晶型及其性质-氧化铝仅对钠离子具有传导作用氧化铝仅对钠离子具有传导作用,主要用来制主要用来制造钠造钠-硫电池硫电池,其特点是高效率、对环境无危害其特点是高效率、对环境无危害和可以反复充电。和可以反复充电。 Al2O3 一种一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物：含量很高的多铝酸盐矿物：RO6Al2O3和和R2O11Al2O3。由碱金属或碱土金属离子如由碱金属或碱土金属离子如NaO层和层和A11O12类型尖晶石单元交叠堆积而成，类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧氧离子排列成立方密堆积离子排列

2、成立方密堆积，Na完全包含在垂完全包含在垂直于直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电。可以很快扩散，呈现离子型导电。BaMgAl11O17 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU立方尖晶石结构，立方尖晶石结构，氧原子为面心立方氧原子为面心立方，铝原子填充在间隙中。密度低，机械性，铝原子填充在间隙中。密度低，机械性能差，高温不稳定，在自然界不存在。可以利用其松散结构制造多孔材料及复能差，高温不稳定，在自然界不存在。可以利用其松散结构制造多孔材料及复合材料界面层。合材料界面层。 Al2O3NORT

3、HWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU结构紧密，活性低，高温稳定，结构紧密，活性低，高温稳定，电学性能好，良的机电性能。电学性能好，良的机电性能。氧离子做六方密堆，铝离子填氧离子做六方密堆，铝离子填充于充于2/3的八面体间隙内（刚玉的八面体间隙内（刚玉结构）。结构）。 Al2O3 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU烧结是基于在表面张力作用下的物质迁移而实现的。高温氧化物较难烧结烧结是基于在表面张力作用下的物质迁移而实现的。高温氧化物较难烧结, 其中其中一重要原因在于它们有较大的晶格能和较稳定的结构状态一重要原因在于

4、它们有较大的晶格能和较稳定的结构状态, 质点迁移需要较高的活化能质点迁移需要较高的活化能, 即活性较低。采用晶粒小、比表面积大、表面活性高的单分散超细即活性较低。采用晶粒小、比表面积大、表面活性高的单分散超细Al2O3 粉料粉料, 由于颗由于颗粒间扩散距离短粒间扩散距离短,仅需较低的烧结温度和烧结活化能。仅需较低的烧结温度和烧结活化能。 Akira Nakajima 等以颗粒尺寸为等以颗粒尺寸为0.2m 和和1.8m 的高纯的高纯Al2O3 为原料为原料, 以以MgO 和和SiO2 为添加剂进行常压烧结为添加剂进行常压烧结, 烧结温度为烧结温度为1460。实验发现。实验发现, 颗粒尺寸为颗粒尺

5、寸为0.2m 的的Al2O3 坯体在坯体在100min 后几乎完全致密后几乎完全致密( 相对密度大于相对密度大于98%), 而颗粒尺寸为而颗粒尺寸为1.8m 坯体却远没致密坯体却远没致密( 相对密度小于相对密度小于85%)。这同时也说明了。这同时也说明了Al2O3 颗粒越细颗粒越细,就越就越容易烧结容易烧结, 烧结温度也就越低。烧结温度也就越低。 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU 氧化铝陶瓷烧结时通过扩散完成材料的致密化过程，由于氧化铝陶瓷具有较强氧化铝陶瓷烧结时通过扩散完成材料的致密化过程，由于氧化铝陶瓷具有较强的离子键，从而导致其质点扩散系数

6、低（的离子键，从而导致其质点扩散系数低（Al3+ 在在1700时扩散系数仅时扩散系数仅10-11cm/s）、烧）、烧结激活能大，因此在烧结时需要较高的烧结温度。通常，采用结激活能大，因此在烧结时需要较高的烧结温度。通常，采用2 条途径来降低其烧结温条途径来降低其烧结温度度.1、通过改进粉体制备工艺以获得超细颗粒、无团聚、以及分散均匀的具有良好、通过改进粉体制备工艺以获得超细颗粒、无团聚、以及分散均匀的具有良好烧结活性的粉体，来达到促进材料致密化的目的。然而这些方法目前常局限于实验室烧结活性的粉体，来达到促进材料致密化的目的。然而这些方法目前常局限于实验室范围内，原因是制备工艺复杂，同时制备成本

7、较高。范围内，原因是制备工艺复杂，同时制备成本较高。2、引人适量的烧结助剂，即在材料中添加合适的外加剂，通过与基体生成液相、引人适量的烧结助剂，即在材料中添加合适的外加剂，通过与基体生成液相或固溶体或固溶体, 加强扩散加强扩散, 以达到促进材料致密化并降低烧结温度的目的，这种方法在陶瓷以达到促进材料致密化并降低烧结温度的目的，这种方法在陶瓷领域的工业生产中被广泛采用。领域的工业生产中被广泛采用。NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU添加剂降低烧结温度添加剂降低烧结温度烧结时按照不同的原料配方可能出现固体烧结或液相烧结烧结时按照不同的原料配方可能出现固体

8、烧结或液相烧结 加入烧结添加剂改善烧结性能，降低烧结温度加入烧结添加剂改善烧结性能，降低烧结温度. 与与Al2O3形成固溶体的添加剂：形成固溶体的添加剂：TiO2、Cr2O3、Fe2O3、MnO2等，与等，与Al2O3具有相近的晶格参数，同时也是变价氧化物，由于变价作用，使具有相近的晶格参数，同时也是变价氧化物，由于变价作用，使Al2O3内内部产生晶体缺陷，活化晶格，促进烧结。部产生晶体缺陷，活化晶格，促进烧结。 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU由于添加四价的钛、二价的锰可以明显地促成由于添加四价的钛、二价的锰可以明显地促成烧结。烧结。 钛在氢气

9、氛中烧成，则四价钛离子部分被还钛在氢气氛中烧成，则四价钛离子部分被还原为三价，烧结性减小。原为三价，烧结性减小。 如果添加与铝等价的铬、铁等，则促进如果添加与铝等价的铬、铁等，则促进烧结能力较小这可能是因为即使固溶，也烧结能力较小这可能是因为即使固溶，也不能使空位增加所致。不能使空位增加所致。 加入加入TiO2、ZrO2、Cr2O3与其形成固溶体。与其形成固溶体。1000120014002.02.22.42.62.8烧结温度（烧结温度（） 烧结密度（烧结密度（g/cm3） 12 34不添加（不添加（O2）添加添加TiO2 1（O2） 添加添加MnO 1（O2） 添加添加TiO2 1（H2）添加

10、剂、气氛对烧结性的影响添加剂、气氛对烧结性的影响 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU如果生成液相，则由属于液相移动的粘滞流动机理支配烧结。液相出如果生成液相，则由属于液相移动的粘滞流动机理支配烧结。液相出现时，迅速发生致密化，其速度由液相粘度、生成量、氧化铝粒子的现时，迅速发生致密化，其速度由液相粘度、生成量、氧化铝粒子的润湿性和粒径所决定。润湿性和粒径所决定。 在较低温度下产生液相如果没有液相存在，氧化铝的烧结则是在较低温度下产生液相如果没有液相存在，氧化铝的烧结则是属于原子属于原子(离子离子)级物质迁移的扩散机理进行的。级物质迁移的扩散机理进行

11、的。 将通常的拜尔氧化铝烧结时，需要将通常的拜尔氧化铝烧结时，需要l 900左右的高温，但如加入烧左右的高温，但如加入烧结助剂，则可将烧结湿度降至结助剂，则可将烧结湿度降至l 550左右。（原理？方法？重要！）左右。（原理？方法？重要！） 粘土或高岭土以及碱土金属碳酸盐、粘土或高岭土以及碱土金属碳酸盐、SiO2、CaO、MgO或硅酸盐之类。或硅酸盐之类。 一般是含有滑石、粘土、白云石等的氧化镁、氧化钙、二氧化硅等复一般是含有滑石、粘土、白云石等的氧化镁、氧化钙、二氧化硅等复合氧化物，因为含有碱金属的物质会降低电性能，所以不大使用。合氧化物，因为含有碱金属的物质会降低电性能，所以不大使用。 生成

12、液相的添加剂：生成液相的添加剂：NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU它们多为立方密堆积、它们多为立方密堆积、NaCl 型晶体结构。由于晶体结构的差异型晶体结构。由于晶体结构的差异, 它们在它们在Al2O3 中的中的“溶解度溶解度”极小。通过杂质聚集在晶界处的方式极小。通过杂质聚集在晶界处的方式, 减少了它们在基体中的含量减少了它们在基体中的含量, 随着烧结的进行随着烧结的进行, 晶界数量和晶界面积减少晶界数量和晶界面积减少, 晶界处杂质的成分相对增加晶界处杂质的成分相对增加, 使晶界处使晶界处的共熔温度下降的共熔温度下降, 当达到一定极限当达到一定极

13、限, 就成为液相。就成为液相。 当以复合形式加入时当以复合形式加入时, 必须有一种添加剂的阳离子和化合物的几何尺寸大于铝必须有一种添加剂的阳离子和化合物的几何尺寸大于铝离子离子, 而另一种阳离子和化合物的几何尺寸小于铝离子而另一种阳离子和化合物的几何尺寸小于铝离子, 如如MgO+SiO2、CaO+SiO2、SrO+SiO2、BaO+SiO2、Na2O+SiO2 等就满足这种条件等就满足这种条件, 这时不但产生液相这时不但产生液相, 而且在而且在基体中产生具有平直晶粒的片状晶体基体中产生具有平直晶粒的片状晶体, 对提高制品的性能有很大作用。但缺点是加入对提高制品的性能有很大作用。但缺点是加入此类

14、添加剂会导致制品内部晶粒长大此类添加剂会导致制品内部晶粒长大, 且存在玻璃相且存在玻璃相, 使材料的高温强度、抗弯强度使材料的高温强度、抗弯强度降低。降低。NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPUMgO 与与Al2O3 在高温下可发生固相反应在高温下可发生固相反应, 在晶界上形成尖晶石在晶界上形成尖晶石(MgOAl2O3) 薄层薄层, 包裹在包裹在Al2O3 晶粒的表面晶粒的表面, 使使Al2O3 晶粒之间的质点扩散受到抑制晶粒之间的质点扩散受到抑制, 阻碍阻碍Al2O3 晶粒的长大晶粒的长大, 获得大小均匀的等轴状晶粒获得大小均匀的等轴状晶粒, 使微观

15、结构细晶化使微观结构细晶化,MgO 是是Al2O3 烧结过烧结过程中的显微结构稳定剂。程中的显微结构稳定剂。 单独添加单独添加MgO 能抑制能抑制Al2O3晶粒的生长，而大部分添加剂（如晶粒的生长，而大部分添加剂（如TiO2、SiO2、CaO等等). 则能诱导氧化铝晶粒在特定方向上的快速生长，形成板状或片状的晶粒；则能诱导氧化铝晶粒在特定方向上的快速生长，形成板状或片状的晶粒；添加剂添加剂La2O3Na2O通过诱导氧化铝晶粒异向生长，同时在晶界处形成板状或者棒状通过诱导氧化铝晶粒异向生长，同时在晶界处形成板状或者棒状的化合物。的化合物。 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL U

16、NIVERSITYNPU烧结温度：烧结温度：1650-1950 气氛对影响较大气氛对影响较大 CO+H2 H2 Ar 空气空气 水蒸气水蒸气 体体 积积 密密 度度 时时 间间 低氧分压有利于低氧分压有利于烧结致密化及提烧结致密化及提高速率。高速率。也有研究表明氩也有研究表明氩气的影响最好。气的影响最好。氧化铝的烧结是负离子氧化铝的烧结是负离子扩散为主的烧结机理。扩散为主的烧结机理。气氛的气氛的影响影响 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU在真空或氢气中烧结在真空或氢气中烧结 纯度越高透光率越高纯度越高透光率越高使用高纯氧化铝使用高纯氧化铝 99.9

17、%以上以上 气孔率越低透光率越高气孔率越低透光率越高晶粒过度长大易包裹气体晶粒过度长大易包裹气体添加剂控制晶粒长大：添加剂控制晶粒长大：MgO 但是不宜过多，否则异但是不宜过多，否则异相增加，降低透光率相增加，降低透光率 制备透明氧化铝的主要原料为的高纯氧化铝粉制备透明氧化铝的主要原料为的高纯氧化铝粉, 辅助外加辅助外加少量的少量的MgO和和Y2O3等。等。NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU2Al2O3 99. 5 % , Y2O3 0. 2 % , La2O30. 1 % , MgO 0. 1 % ,ZnCl2 0. 1 %。 配方中配方中0.

18、2 %Y2O3 、0. 1 % La2O3 和和0. 1 % MgO 用用1 %3 %(重量百分比浓度重量百分比浓度) 的硝酸盐引入。的硝酸盐引入。 典型配方：典型配方： NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU在透明氧化铝陶瓷烧成过程中在透明氧化铝陶瓷烧成过程中,如果单纯地将如果单纯地将Al2O3 烧结烧结,则会则会产生异常粒子生长产生异常粒子生长,这种异常粒子在烧结进行到一定阶段时突然发生这种异常粒子在烧结进行到一定阶段时突然发生,粒子生长极快粒子生长极快,使晶粒生长很大使晶粒生长很大,并且晶粒之间存在着的气孔亦进入并且晶粒之间存在着的气孔亦进入晶粒

19、内部晶粒内部,使排气困难使排气困难,从而不能使透明度提高。异常粒子生长控制从而不能使透明度提高。异常粒子生长控制剂有剂有MgO、Y2O3 、ZnCl2、La2O3 、ZrO2 、NiO、ThO2 、BeO 等等,其添加量一定要严格控制其添加量一定要严格控制,否则会使异相否则会使异相(尖晶石尖晶石) 增加增加,反而会降低反而会降低制品的透光率制品的透光率,降低制品的致密性降低制品的致密性,影响制品的其它性质。影响制品的其它性质。 异常粒子生长控制剂的影响异常粒子生长控制剂的影响在空气和惰性气体介质中烧结不能得到无气孔的材料在空气和惰性气体介质中烧结不能得到无气孔的材料,因为惰性气体残留因为惰性气

20、体残留在气孔中并阻止其长大。在真空和氢气中伴随产生一些还原过程在气孔中并阻止其长大。在真空和氢气中伴随产生一些还原过程,即增加了材料即增加了材料的缺陷的缺陷,从而增加了烧结的速度和完全程度。真空烧结伴随着陶瓷除气。从而增加了烧结的速度和完全程度。真空烧结伴随着陶瓷除气。 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU生产方法生产方法 连续等静压，连续推进式高温钼丝炉氢气条件下烧结连续等静压，连续推进式高温钼丝炉氢气条件下烧结 烧结温度：烧结温度：1700-1900 二次烧结法：二次烧结法：真空或者氢气气氛中真空或者氢气气氛中1700-1950烧结烧结 Al2O

21、3粉末中加入粉末中加入0.1-0.5的的MgO 1000-1700氧化气氛中烧结氧化气氛中烧结1小时小时 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU透明氧化铝陶瓷的烧成温度较高透明氧化铝陶瓷的烧成温度较高,一般在一般在1750 1850 左右左右,并且须要在氢气或并且须要在氢气或真空条件下烧成。由于真空炉一般为间断操作真空条件下烧成。由于真空炉一般为间断操作,不能连续生产不能连续生产,所以都采用氢气氛烧成。所以都采用氢气氛烧成。氢的原子半径小氢的原子半径小,扩散速度快扩散速度快,气孔容易从坯体中排除而形成高透明体陶瓷。气孔容易从坯体中排除而形成高透明体陶瓷

22、。烧成制度如下烧成制度如下:室温室温400 ，100 / 小时小时;400 1600 ， 50 80 / 小时小时;1600 1800 ， 20 40 / 小时小时;1800 ， 2 小时小时;1800 1200 ， 300 / 小时小时;1200 400 ， 150 / 小时小时;400 室温，室温， 50 / 小时。小时。残留的塑化剂或者环境坩锅以及加热元件等引入的微量杂质都有可能导致残留的塑化剂或者环境坩锅以及加热元件等引入的微量杂质都有可能导致其透明性降低。因此要严格控制其烧结条件和周围环境的纯净。其透明性降低。因此要严格控制其烧结条件和周围环境的纯净。NORTHWESTERN POL

23、YTECHNICAL UNIVERSITYNPU W、Mo等难熔金属与氧化铝热膨胀系数接近，相差仅等难熔金属与氧化铝热膨胀系数接近，相差仅2-310-6，具有良，具有良好的热稳定性。其烧结性能也与氧化铝接近，相互适应性良好。好的热稳定性。其烧结性能也与氧化铝接近，相互适应性良好。 （重要！）（重要！） 如果只使用如果只使用Mo粉在氧化铝瓷表面烧结，虽然粉在氧化铝瓷表面烧结，虽然Mo 与与Mo、 Mo与氧化铝之间有一定的烧结，但是烧结层疏松多孔，强度与气密性不满足要求，与氧化铝之间有一定的烧结，但是烧结层疏松多孔，强度与气密性不满足要求，如果在如果在Mo粉中加入粉中加入20MnO，则与氧化铝反应

24、生成，则与氧化铝反应生成MnAl2O4， MnAl2O4具有具有尖晶石结构，可粘附于氧化铝及尖晶石结构，可粘附于氧化铝及Mo粒上，但是其流动性不好，仍然存在不少粒上，但是其流动性不好，仍然存在不少孔隙，再加入孔隙，再加入SiO2后，将三种物质与有机粘合剂混合成糊，用网板印刷术印于后，将三种物质与有机粘合剂混合成糊，用网板印刷术印于Al2O3表面，在表面，在1300-1500氢气中烧结，熔融态的氢气中烧结，熔融态的SiO2润湿并填充这些孔隙。润湿并填充这些孔隙。将将Mo 、MnAl2O4、 Al2O3三者牢固粘结在一起。三者牢固粘结在一起。 100Al2O3 玻璃和微晶玻璃和微晶 Mo MoMo

25、Mn Mn 烧结法烧结法 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU斜锆石（斜锆石（ZrO2）锆英石（锆英石（ZrO2 SiO2 ）纯氧化锆粉呈黄色或者灰色纯氧化锆粉呈黄色或者灰色高纯氧化锆粉呈白色高纯氧化锆粉呈白色熔点熔点2715天然矿物天然矿物单斜单斜ZrO2 四方四方ZrO2 立方立方ZrO2 液相液相 1000120023702715NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU7.3.2 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷7.3.2.1 氧化锆晶体结构与相结构氧化锆晶体结构与相结构m-ZrO2 (5.65) 1000 t-Zr

26、O2(6.10) 2370 c-ZrO2(6.27)图图7.3 ZrO2的差热分析曲线的差热分析曲线图图7.4 ZrO2Y2O3二元相图二元相图10002000CTMT+CM+CPSZ FSZTZP99ZrO21950预烧预烧10001200NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU图图7.4 ZrO2Y2O3二元相图二元相图10002000CTMT+CM+CPSZ FSZTZP稳定化氧化锆（稳定化氧化锆（FSZ）：）：由于由于Y2O3加入量较高，使得相图中的氧加入量较高，使得相图中的氧化锆完全处于立方相区，冷却后形成立化锆完全处于立方相区，冷却后形成立方

27、氧化锆。完全不出现四方及单斜相方氧化锆。完全不出现四方及单斜相部分稳定氧化锆（部分稳定氧化锆（PSZ）：）：Y2O3的加入量使得氧化锆在高温下处于的加入量使得氧化锆在高温下处于四方和立方相的并存区，冷却后其中的四方和立方相的并存区，冷却后其中的四方相备亚稳保存下来。四方相备亚稳保存下来。亚稳定氧化锆（亚稳定氧化锆（TZP）：）：Y2O3的加入量使得高温下氧化锆全部为的加入量使得高温下氧化锆全部为四方相，冷却后四方氧化锆全部亚稳存四方相，冷却后四方氧化锆全部亚稳存在在NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU陶瓷增韧理论与韧化陶瓷陶瓷增韧理论与韧化陶瓷 诱导

28、相变增韧诱导相变增韧相变诱发微裂纹增韧相变诱发微裂纹增韧残余应力增韧残余应力增韧NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU 诱导相变增韧诱导相变增韧 ZrO2Y2O3二元相图二元相图10002000CTMT+CM+CPSZ FSZTZP四方相被亚稳至室温，由于四方相被亚稳至室温，由于空间限制没有发生相变，处空间限制没有发生相变，处于于压应力压应力状态状态 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU 氧化锆相变的能量变化可以用下式表示：氧化锆相变的能量变化可以用下式表示： Um/t=-Uchem+UT-Ua+S 其中：其

29、中： Um/t：单位体积相变引起的自由能变化：单位体积相变引起的自由能变化 Uchem：单斜相与四方相之间的化学自由能差：单斜相与四方相之间的化学自由能差 UT：相变弹性应变能的变化：相变弹性应变能的变化 Ua：外力引发相变所消耗的能量：外力引发相变所消耗的能量 S：单斜相与四方相的界面能之差，与其它项相比，较小：单斜相与四方相的界面能之差，与其它项相比，较小，可忽略。，可忽略。 Um/t0时发生相变时发生相变 即：即：UchemUT-Ua Ua1/2aV 1/2aV 其中其中a为外加应力，为外加应力，为外加应力引起的应变，单位体积，为外加应力引起的应变，单位体积，V=1aaU2GchemUa

30、UT 相变增韧的能量条件相变增韧的能量条件 T相相m相相NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU相转变的必要条件：相转变的必要条件： a（ UT-Uchem）/(/2)0相变增韧的临界晶粒尺寸条件：相变增韧的临界晶粒尺寸条件： 存在一个临界晶粒直径存在一个临界晶粒直径DC，D DC时易发生相转变，四方相不能被稳定到室温时易发生相转变，四方相不能被稳定到室温D DC时不易发生相转变，四方相可以冷却到室温稳定存在。时不易发生相转变，四方相可以冷却到室温稳定存在。因此只有因此只有D DC的晶粒发生相变而产生裂纹的晶粒发生相变而产生裂纹 其中有些晶粒虽然满足其中

31、有些晶粒虽然满足D DC但是相变所产生的体积变化只能在周围产生残余但是相变所产生的体积变化只能在周围产生残余应力，不足以产生裂纹，产生裂纹还有一个更高的临界裂纹直径应力，不足以产生裂纹，产生裂纹还有一个更高的临界裂纹直径Dm， 只有只有D Dm时才产生微裂纹。时才产生微裂纹。 Dm D DC时可以发生相变但是不产生微裂纹，只产生残余应力。时可以发生相变但是不产生微裂纹，只产生残余应力。 （2 2） D D DI的晶粒才能发生相变应力诱发微裂纹。的晶粒才能发生相变应力诱发微裂纹。 在主裂纹的扩展过程中，遇到这些微裂纹时，因为微裂纹的存在而使主裂纹分在主裂纹的扩展过程中，遇到这些微裂纹时，因为微裂

32、纹的存在而使主裂纹分散，改变了主裂纹的传播方式。散，改变了主裂纹的传播方式。 微裂纹增韧机理：微裂纹增韧机理： 氧化锆中微裂纹的产生（两类微裂纹）：氧化锆中微裂纹的产生（两类微裂纹）：NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU基体化学组成和基体化学组成和ZrO2弥散相的含量对弥散相的含量对ZrO2相变温度的影响相变温度的影响能溶于氧化锆中的其它参杂物都能减少ZrO2的相变自由能差Um/t，降低相变温度，因此ZrO2粒子越小，溶质的浓度越大，即Um/t越小，所以小颗粒的tZrO2向m相的转变温度低，有利于相变增韧。t相含量越高，可相变的t相体积分数越高则断裂

33、韧性越好。但是如果不加稳定剂，即使ZrO2颗粒小到0.025m，可相变的t相含量也很少。并不是所有的t相晶粒都能相变的。在ZrO2增韧Al2O3中，包裹在Al2O3晶粒内的t-ZrO2最难相变；处于Al2O3晶界或晶界交叉位置的次之，接下来是相邻的t-ZrO2，多个t-ZrO2在一起的最容易相变。这是由于Al2O3晶体对相变的抑制作用。NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITYNPU2004006004080 120 160保温时间保温时间断裂强度断裂强度断裂能断裂能烧结温度烧结温度t相含量相含量1250 1350 1450 1550 1650204060801002hr5h