氧化锆增韧氧化铝陶瓷（ZTA陶瓷）性能分析

氧化铝陶瓷作为当下应用较广、性价比较高的工业陶瓷之一，其超高的硬度、出色的耐磨能力、稳定的化学性能等都让其在工业防磨领域备受青睐。但是氧化铝陶瓷脆性大、断裂韧性低（仅为2.5—4.5MPa•m1/2 ）的特性却限制了其在大冲击工况中的使用。那么氧化铝陶瓷如何提升断裂韧性呢？

一、增韧方法
目前，提高氧化铝陶瓷断裂韧性主要有三种方法：
1. 引入第二相。在氧化铝陶瓷的基体中引入第二相，使其填充到氧化铝的晶界处，从而有利于阻断裂纹的传播，进而提高陶瓷的断裂韧性。
2. 加入氧化铝籽晶。因为籽晶的加入，能促使晶粒的异向生长，异向生长会形成片状以及柱状的晶粒，这种晶粒类似于晶须，从而对陶瓷有裂纹偏移、晶粒拔出、连接增韧的作用。

3. 形成缺陷分布。通过粉体的合成过程或陶瓷的制备过程中形成缺陷分布，从而改善氧化铝陶瓷的断裂韧性。
氧化锆增韧氧化铝就是采用引入第二相的方法提升氧化铝断裂韧性。
精城特瓷研发生产的氧化锆增韧氧化铝陶瓷（也叫ZTA陶瓷）是在氧化铝中加入一定比例的氧化锆，给α-氧化铝晶体中引入氧化锆作为第二相，填充到氧化铝的晶界处，阻断裂纹的传播，提升陶瓷断裂韧性。
二、增韧原理
1、氧化锆晶粒的存在，能固定、强化氧化铝陶瓷的晶界，从而能减弱裂纹的影响。
2、氧化锆的弹性模量和热膨胀系数都与氧化铝有所不同，由于它们这两种性质的差别，当氧化锆填充在氧化铝晶界处时，氧化锆晶粒会受到氧化铝晶粒对其产生的径向压应力，从而被紧紧地夹住，当遇到外力作用时，裂纹会发生偏转，进而提高了陶瓷的断裂韧性。

数据分析表明，当烧结温度低于1500℃时，烧结体的致密度比较低，说明此时陶瓷中可能还存在大量的气孔未排除。当烧结温度达到1500℃时，其致密度有大幅度的提升，甚至其中纯氧化铝的烧结体致密度达到99%以上。但进一步提高烧结温度，纯氧化铝的烧结体致密度出现减小，反而掺有不同比例氧化锆的氧化铝-氧化锆烧结体致密度进一步增加，且高于纯氧化铝烧结体。从不同配比的氧化铝-氧化锆烧结体致密度变化趋势看出，当A1/Zr=20时，其致密度最高，达到了 99.4%，此时样品基本完全致密。对于纯氧化铝陶瓷在1600℃时，致密度反而有了小幅的降低，这主要是当温度继续升高时，陶瓷的晶粒会部分异常长大，形成二次再结晶，致使一些气孔被包裹到晶粒内部，从而使陶瓷样品的致密度降低。并且同时有少量的气孔以微小的尺寸存在于晶粒中，气孔在晶粒中可发生迁移，从而引发气孔合并，导致较大气孔的出现，最终导致样品的致密度小幅降低。
也就是说，在1600℃的温度下烧结出的氧化锆增韧氧化铝陶瓷性能较好，其断裂韧性可达7.6MPa•m1/2，比纯氧化铝陶瓷提升了近一倍，可以用于矿山、码头、港口等重磨损强冲击工况。
https://www.fangmo.com/