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氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷的主要身分及增韧原理

2024-04-07 ag贵宾厅特瓷

        氧化锆增韧氧化铝陶瓷也叫锆铝复合陶瓷或ZTA陶瓷,是在陶瓷配方中引入了氧化锆等身分,提高陶瓷韧性,让其在耐磨的同时也具有较强的抗攻击能力 。因为ZTA陶瓷的这种特性,所以ZTA陶瓷衬板(NMC-ZTA)广泛用于常温情况下,输料量大、物料大、攻击力大的重磨损设备上作防磨内衬 。

一、ZTA陶瓷的主要身分

        ZTA陶瓷的主要身分是Al?O?、ZrO?、Cr?O?、TiO?以及ZnO,这些物质晶格相似,在烧结历程中与Al?O?形成固熔体,起到细化晶粒,增进烧结和提高断裂韧性的作用,ZTA陶瓷的断裂韧性KIC≥5.5MPa•m1/2 。
 
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二、增韧原理

        1. 应力诱导相变增韧 。氧化锆在特定条件下会爆发相变,从单斜晶系转变为亚稳态的四方晶型 。这种相变在受到外应力时爆发,导致体积膨胀,从而阻止裂纹扩展 。
        2. 微裂纹增韧 。在ZTA陶瓷中,氧化锆的添加会导致基体中形成均匀漫衍的微裂纹 。这些微裂纹增加了质料的断裂外貌能,促使主裂纹分叉,阻碍裂纹的快速扩展,从而提高质料的韧性 。
        3. 弥散增韧 。通过在氧化铝基体中添加四方氧化锆和立方氧化锆,可以形成曲折的裂纹扩展路径,增加质料的断裂韧性 。
        4. 压缩外貌韧化 。通过研磨处理,可以使外貌层的氧化锆颗粒转变为单斜相,体积膨胀形成压缩外貌层,从而抵消一部格外加拉应力,强化陶瓷 。
        5. 氧化锆晶粒的保存能牢固和强化氧化铝陶瓷的晶界,减弱裂纹的影响 。氧化锆的弹性模量和热膨胀系数与氧化铝差别,当氧化锆填充在氧化铝晶界处时,会受到晶界的径向压应力,从而提高陶瓷的断裂韧性 。
 
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三、性能

        ZTA陶瓷的主要性能为耐磨损、抗攻击,具体性能指标如下:
项目 单位 指标
洛氏硬度 HRA ≥90
断裂韧性 MPa•m1/2 ≥5.5
体积密度 g/cm³ ≥4.15
抗弯强度 Mpa 300~800
抗压强度 Mpa 1200~3000
磨损体积 cm³ ≤0.01
耐酸碱性能 PH 3~12

  文/谢勇
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