康柏精工：氧化锆陶瓷的常用增韧方法

改灯来源：广东深圳车灯改装 · 发表于 2019-8-14 16:07:57

本文对当前的氧化锆陶瓷的增韧方法及其主要机理做一个简要的介绍，以期给读者带来一些陶瓷增韧技术的基础知识。

层状结构增韧

　　天然材料如竹子、贝壳等，综合性能很好，是因其结构呈层状分布。人们从这些天然结构得到启示，采用仿生结构来改善陶瓷材料的脆性，提高其韧性。

　　层状复合陶瓷材料是由多层材料组成。各层的弹性模量、线胀系数不同，进而导致层间产生宏观应力，在表面产生压应力。受到外力作用时，能最大限度地吸收应变能，并且使裂纹沿界面产生反复偏转、拐折。以此达到提高表面性能和整体韧性的目的。

　　纤维复合增韧

　　研究表明，连续纤维对陶瓷的增韧效率较其他增韧方法大，是迄今为止陶瓷系列所能达到的最高韧性，可以达20Mpa.m1/2左右，因此是改善陶瓷材料脆性非常有效的途径。

该方法把强度、弹性模量较高的纤维分散在陶瓷基体中。复合材料在外力作用下，一部分载荷由纤维承担，以此来减轻基体本身的负荷。而且，基体中的纤维在承受力大于其强度发生断裂时，纤维产生拔出机制。此外，这些纤维在基体中也存在裂纹桥联、偏转来阻止裂纹的扩展。

　　晶须增韧的机制除了拔出、裂纹偏转、裂纹桥联、钉扎等机制外，自身强度高也是一个原因。因此在理论上，提高晶须强度、降低其弹性模量，提高长径比能提高增韧效果。

　　自增韧

　　所谓自增韧，就是在一定的工艺条件下，生长出增韧、增强相。它在一定程度上消除了基体相与增韧相在物理或化学上的不相容性，而保证了基体相与增韧相的热力学稳定性。

　　相变增韧

　　它是人为地在材料中造成大量的极细裂纹，以吸收能量、阻止裂纹扩展。在材料受到外力作用时，ZrO2颗粒上的压力得到松弛，四方相转变为单斜相，体积膨胀后在基体中产生微裂纹，而吸收主裂纹的能量，达到增韧效果。这就是应力诱导相变增韧机制。

　　在增韧机理中，除了ZrO2的诱导相变机制外，相变产生体积膨胀，在裂纹区域向不发生相变区挤压现象，使裂纹呈闭合趋势，扩展困难，也可以提高韧性。

陶瓷增韧技术在未来的很长一段时间都将是材料界的热点技术。陶瓷材料固有的高强度、耐高温、低膨胀系数等特性如果能够再结合高韧性，那将是材料界梦寐以求的高性能材料，运用领域极为广泛。

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