氧化鋯增韌陶瓷微觀結構與斷裂行為的關系

氧化鋯增韌陶瓷是一種復合型陶瓷，它具備了氧化鋯陶瓷以及增韌劑陶瓷的兩種優良性能，但在外力的作用下還是會易碎，這跟其微觀結構也有一定的聯系，下面科眾陶瓷廠帶大家一起了解一下。

由于構成陶瓷的粒子或原子是由離子鍵和共價鍵結合起來的所以陶瓷按其物質結構的本質來說強度應該是很高的。但陶瓷內部氣孔、雜質、微裂紋等大量缺陷的存在,導致在外力作用下在缺陷處往往產生應力集中,使陶瓷的強度遠較理想狀態低。

氧化鋯陶瓷棒

陶瓷的力學性能在很大程度上取決于其各種顯微結構的變化,特別是作為結構敏感參數的斷裂能,其不僅與材料的組成、顯徽結構有關,而且與材料的制備工藝過程密切相關關。因此探索顯徽結構參數與工藝、性能間的內在聯系,嚴格控制、改善制備工藝條件以達到材料顯徽結構的目的,已成為提高陶瓷材料性能的有效途徑。

通過研究復合陶瓷的斷裂微觀過程,以期建立斷面特征、組織、性能之間的內在聯系以便指導材料的制備。裂紋的擴展總是沿著應力場的薄弱環節(即平行于壓應力軸、垂直于張應力軸的方向)進行的,即使壓應力區不可避免,也會沿著壓應力最小的路徑擴展。

有研究通過透射電鏡觀察發現,相變增韌材料的斷口為沿晶與穿晶混合型,而晶內型納米復合陶瓷材料的斷口以穿晶斷裂為主。

氧化鋁陶瓷板

對于材料斷裂方式改變的原因有兩種解釋:一種是納米復合陶瓷材料的晶界強度并未增強,且由于其晶粒強度遠遠弱于單相陶瓷晶粒的強度,而導致裂紋向晶粒內擴展;另一種是納米復合陶瓷材料的晶界強度顯著增強,阻止了裂紋的沿晶斷裂,迫使裂紋從晶粒內穿過。

但稍作分析便不難看出,第一種假設納米復合陶瓷材料中裂紋穿晶斷裂所消耗的能量必然低于單相陶瓷中沿晶斷裂所消耗的能量,其結果是導致納米復合陶瓷材料的力學性能低于單相陶瓷,而這與已發表的大量文獻和本研究的結果不相符,故筆者認為納米復合陶瓷力學性能的提高與其晶界強度的增強相關。