ZrO_2在微晶玻璃中的增韧作用
第16卷第3期Vo1116No13材 料 科 学 与 工 程MaterialsScience&Engineering
总第63期Sept.1998
ZrO2在微晶玻璃中的增韧作用
陈伟民
中国电子产品可靠性与环境试验所
陈 楷 邓再德 英廷照
华南理工大学 广州 510641
【摘 要】 利用ZrO2增韧微晶玻璃是提高其韧性的一条重要途径。微晶玻璃中ZrO2的增韧机理主要是应力诱发相变增韧、裂纹偏转增韧及微裂纹增韧,增韧效果受微晶玻璃中ZrO2的体积含量、晶体尺寸及晶体形貌等因素影响。ZrO2的晶型、
【关键词】 微晶玻璃,二氧化锆,增韧。
TougheningEffectofZrO2inGlass-ics
Chenweimn
ChinaElectronicilInstitute
YingTingzhao
iversityofTechnology,Guangzhou 510641
【Abstract】 TougheningbymeansofZrO2isanimportantwaytoimprovethefracturetoughnessof
.ThemaintougheningmechanismsofZrO2ingalss2ceramicsincludephasetransformationglass-ceramics
toughening、crackdeflectiontougheningandmicrocrackingtoughening,thetougheningeffectcanbeinfluencedbysuchfactorsasthevolumefraction、crystaltype、grainsizeandmorphologyofZrO2,etc.
【Keywords】 gass2ceramics,zircona,toughening.
向析晶、施釉以及和纤维或晶须复合等都可以不同
程度地提高微晶玻璃的韧性。虽然ZrO2是微晶玻璃中最常用的晶核剂之一[2-微晶玻璃是由玻璃体通过控制析晶而获得的一
类多晶材料,和母相玻璃相比,微晶玻璃的力学、热学等方面的性能都有较大提高;和传统陶瓷材料相比,微晶玻璃的结构、性能较易控制,并且可以采用成熟的玻璃生产工艺而提高了生产效率。因此微晶玻璃从它诞生起便受到人们的重视,并获得广泛应用。和传统陶瓷材料相似,微晶玻璃的韧性普遍较低,断裂往往是突发性的,这限制了微晶玻璃在许多场合的应用,从一定程度上阻碍了它的发展。
目前有许多工艺措施,如表面离子交换、表面定
4]
一、前 言
,并且ZrO2在传统的结
构陶瓷材料中增韧效果显著[1],但用它来增韧微晶
玻璃却未受到人们应有的重视。
二、ZrO2的晶体形态及在陶瓷材
料中的主要增韧方式
ZrO2有多种晶体形态,其晶型变化如下[1]:单斜
(m2ZrO2)(c2ZrO2)
四方(t2ZrO2)
立方
。其中单斜和四方晶系之间的
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转变属于马氏体相变,伴随有约5%的体积变化。这种相转变与ZrO2的颗粒尺寸及其分布状态、环境温度条件和ZrO2所受抑制的状态等因素有关。ZrO2在陶瓷材料中的增韧方式主要有如下几种:(1)应力诱发相变增韧;(2)相变诱发微裂纹增韧;(3)微裂纹偏转增韧等。实际材料中,往往以一种增韧方式为主,同时有几种增韧机理起作用。
此可以认为c2ZrO2是由于ZrO2在析晶过程中,固溶了大量MgO或其它氧化物稳定剂造成的。
21ZrO2在微晶玻璃中的相变增韧
当微晶玻璃中的ZrO2以四方晶型存在时,如果
t2ZrO2的晶粒尺寸小于自发相变的临界尺寸,则ZrO2晶粒从高温冷却下来时,就能以介稳ZrO2的形
式保存下来,并在基体中储存了相变弹性压应变能,当材料受到外加应力时,基体对ZrO2的压抑作用得到松驰,ZrO2颗粒就发生四方到单斜的相转变,并在基体中引起微裂纹,从而吸收了裂纹扩展的能量,削弱或阻止了裂纹的扩展,达到了增韧的效果,同时材料的强度也有所提高。ZrO2在微晶玻璃中的相变增韧作用是相当普遍的[5,6,8,10-[8]
。S.Sridharan
等人发现由于t2ZrO2的相变增韧作用使微晶玻璃的1