氧化鋯增韌陶瓷微觀結(jié)構(gòu)與斷裂行為的關(guān)系

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

由于構(gòu)成陶瓷的粒子或原子是由離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合起來(lái)的所以陶瓷按其物質(zhì)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)來(lái)說(shuō)強(qiáng)度應(yīng)該是很高的。但陶瓷內(nèi)部氣孔、雜質(zhì)、微裂紋等大量缺陷的存在,導(dǎo)致在外力作用下在缺陷處往往產(chǎn)生應(yīng)力集中,使陶瓷的強(qiáng)度遠(yuǎn)較理想狀態(tài)低。

氧化鋯陶瓷棒

陶瓷的力學(xué)性能在很大程度上取決于其各種顯微結(jié)構(gòu)的變化,特別是作為結(jié)構(gòu)敏感參數(shù)的斷裂能,其不僅與材料的組成、顯徽結(jié)構(gòu)有關(guān),而且與材料的制備工藝過(guò)程密切相關(guān)關(guān)。因此探索顯徽結(jié)構(gòu)參數(shù)與工藝、性能間的內(nèi)在聯(lián)系,嚴(yán)格控制、改善制備工藝條件以達(dá)到材料顯徽結(jié)構(gòu)的目的,已成為提高陶瓷材料性能的有效途徑。

通過(guò)研究復(fù)合陶瓷的斷裂微觀過(guò)程,以期建立斷面特征、組織、性能之間的內(nèi)在聯(lián)系以便指導(dǎo)材料的制備。裂紋的擴(kuò)展總是沿著應(yīng)力場(chǎng)的薄弱環(huán)節(jié)(即平行于壓應(yīng)力軸、垂直于張應(yīng)力軸的方向)進(jìn)行的,即使壓應(yīng)力區(qū)不可避免,也會(huì)沿著壓應(yīng)力最小的路徑擴(kuò)展。

有研究通過(guò)透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn),相變?cè)鲰g材料的斷口為沿晶與穿晶混合型,而晶內(nèi)型納米復(fù)合陶瓷材料的斷口以穿晶斷裂為主。

氧化鋁陶瓷板

對(duì)于材料斷裂方式改變的原因有兩種解釋:一種是納米復(fù)合陶瓷材料的晶界強(qiáng)度并未增強(qiáng),且由于其晶粒強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于單相陶瓷晶粒的強(qiáng)度,而導(dǎo)致裂紋向晶粒內(nèi)擴(kuò)展;另一種是納米復(fù)合陶瓷材料的晶界強(qiáng)度顯著增強(qiáng),阻止了裂紋的沿晶斷裂,迫使裂紋從晶粒內(nèi)穿過(guò)。

但稍作分析便不難看出,第一種假設(shè)納米復(fù)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(jié)果是導(dǎo)致納米復(fù)合陶瓷材料的力學(xué)性能低于單相陶瓷,而這與已發(fā)表的大量文獻(xiàn)和本研究的結(jié)果不相符,故筆者認(rèn)為納米復(fù)合陶瓷力學(xué)性能的提高與其晶界強(qiáng)度的增強(qiáng)相關(guān)。