淄博贏馳陶瓷:什么是氧化鋯?氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷比單純的氧化鋁陶瓷的優(yōu)勢在哪里?
瀏覽數(shù)量: 0 作者: 本站編輯 發(fā)布時(shí)間: 2025-12-15 來源: 本站
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一、什么是氧化鋯(Zirconia, ZrO?)?
氧化鋯(化學(xué)式:ZrO?)是一種高性能的結(jié)構(gòu)陶瓷材料,具有以下特點(diǎn):
但純氧化鋯在冷卻過程中會發(fā)生單斜相(m-ZrO?)? 四方相(t-ZrO?) 的相變,伴隨約3–5%的體積變化,容易導(dǎo)致材料開裂。
因此,工業(yè)上通常加入穩(wěn)定劑(如Y?O?、MgO、CeO?等)來部分或完全穩(wěn)定其高溫四方相或立方相,形成:
其中,Y-TZP 在室溫下保留亞穩(wěn)態(tài)的四方相,在受到裂紋應(yīng)力時(shí)可發(fā)生 應(yīng)力誘導(dǎo)相變(t → m),產(chǎn)生體積膨脹,從而“擠壓”裂紋、阻止其擴(kuò)展——這就是相變增韌機(jī)制。
二、氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷(ZTA) vs. 純氧化鋁陶瓷(Al?O?)
| 性能指標(biāo) | 純氧化鋁陶瓷 | ZTA陶瓷(如85–95% Al?O? + 5–15% ZrO?) |
|---|
| 抗彎強(qiáng)度 | 300–400 MPa | 600–1200 MPa(提升1–2倍) |
| 斷裂韌性 (KIC) | 3–4 MPa·m1/2 | 5–8 MPa·m1/2(提升50–100%) |
| 硬度 | 15–18 GPa | 14–17 GPa(略低,但依然很高) |
| 耐磨性 | 良好 | 更優(yōu)(因強(qiáng)度和韌性提高,抗剝落能力增強(qiáng)) |
| 抗熱震性 | 一般 | 改善(韌性提高有助于緩解熱應(yīng)力開裂) |
| 成本 | 較低 | 中等(高于純Al?O?,遠(yuǎn)低于純ZrO?) |
三、ZTA的主要優(yōu)勢總結(jié)
顯著提高韌性與強(qiáng)度
氧化鋯顆粒在氧化鋁基體中通過相變增韌和微裂紋增韌機(jī)制,大幅提升材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。
保持高硬度和耐磨性
氧化鋁作為主相,確保了材料的高硬度;而增韌后的結(jié)構(gòu)使其在磨損過程中不易產(chǎn)生碎裂或剝落。
性價(jià)比高
相比純氧化鋯陶瓷(如Y-TZP),ZTA成本更低;相比純氧化鋁,性能明顯提升,是工程應(yīng)用中的理想折中方案。
適用范圍更廣
可用于對強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕有綜合要求的場合,如:
切削刀具
軸承球/滑動(dòng)部件
泵密封環(huán)
人工關(guān)節(jié)(需生物級ZTA)
防彈插板
四、簡單類比理解
可以把純氧化鋁想象成“硬而脆的玻璃”,而ZTA就像是“加入了鋼筋的混凝土”——既保持了硬度(剛性),又增加了抗沖擊和抗開裂能力(韌性)。