經(jīng)過上文的介紹,氧化鋯陶瓷低溫老化的原因想必大家已經(jīng)了解了一些,那么有沒有一些方法可以防止它老化呢?下面科眾陶瓷廠將告訴大家?guī)追N方法。
氧化鋯陶瓷的LTD 與t→m轉(zhuǎn)變勢壘(ΔGt-m)、氧空位濃度和殘余應(yīng)力大小有關(guān),因此要想抑制LTD可以從控制這3方面入手。而影響這3方面的因素主要包括有:晶粒尺寸、添加劑的含量、燒結(jié)溫度、保溫時間和表面處理方式等。
1、提高轉(zhuǎn)變勢壘
t→m轉(zhuǎn)變過程中自由能的變化如下所示:
其中:Gc為化學(xué)自由能的變化;Gse為應(yīng)變自由能的變化;Gs為表面自由能的變化。要抑制t–m轉(zhuǎn)變,就得提高轉(zhuǎn)變勢壘Gt-m。通過加入氧化釔、氧化鈰等可以提高Gc,增加基體的彈性模量可以提高Gse,降低晶粒大小可以提高Gs。
氧化鋯陶瓷隔板
Hallmann等發(fā)現(xiàn):為使Y-TZP具有最大的抗低溫劣化能力,氧化鋯的最大晶粒尺寸應(yīng)控制在0.3~0.4μm。Xiong等制備出平均晶粒尺寸約為50nm的3Y-TZP,時效處理之后,發(fā)現(xiàn)不存在明顯的低溫劣化。Fabbri等發(fā)現(xiàn)氧化鋯增強氧化鋁復(fù)合物中氧化鋁的存在提高了t→m轉(zhuǎn)變的閾值,使材料具有杰出的抗老化能力。
2、氧空位
為抑制LTD的發(fā)生,可以降低晶粒大小或增加氧化釔的含量,但這2種方法都會降低氧化鋯的斷裂韌性。因此,研究人員開始采用摻雜的方法來抑制LTD的發(fā)生。當(dāng)摻雜三價氧化物的陽離子半徑(Men+)大于或小于鋯離子時,在偏析驅(qū)動力作用下?lián)诫s陽離子會在晶界處偏析。摻雜后為保持電荷平衡會在晶界處產(chǎn)生氧空位,偏析的陽離子(Me’Zr)與氧空位(Vö)相結(jié)合,從而打斷了由于OH–擴散造成的氧空位的耗散,抑制LTD。
Zhang等也通過摻雜陽離子半徑不同于鋯離子的氧化物來提高材料的抗LTD能力。結(jié)果表明:0.2%(質(zhì)量分數(shù))La2O3和0.10%~0.25%Al2O3共摻雜到3Y-TZP中材料具有優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。但氧化鋁的加入會影響3Y-TZP的透明度,故需要控制其加入量,Zhang發(fā)現(xiàn)Al2O3的添加量為0.25wt%時,抑制LTD效果最佳。
Al3+在晶界處均勻分布(左:3Y-0.25Al的晶界圖 右:Al3+的分布)
此外,通過加入少量的氧化硅也可以抑制LTD。因為氧化硅分布在多個氧化鋯晶粒結(jié)合處,能夠降低三晶交匯點處的殘余應(yīng)力,減少應(yīng)力集中,提高材料的抗老化能力。Samodurova等將氧化鋁和氧化硅共摻雜到3Y-TZP中,起到了很好的抗老化效果,且未對材料斷裂韌性造成影響。
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本文“防止氧化鋯陶瓷低溫老化有哪些方法?”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2022-12-27 16:09:50
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