氧化鋯陶瓷的結構以及其基礎知識簡(jiǎn)介

氧化鋯陶瓷零件想必許多工廠(chǎng)都有用過(guò)，像一些陶瓷棒條，陶瓷隔熱板，耐磨陶瓷管等都比較常見(jiàn)，但大家是否了解氧化鋯陶瓷的結構呢？下面科眾陶瓷廠(chǎng)會(huì )對氧化鋯陶瓷的結構進(jìn)行分析還會(huì )介紹關(guān)于它的基礎知識。

二氧化鋯（ZrO2）是高熔點(diǎn)的金屬氧化物，相對分子量為123.22，沸點(diǎn)為4300℃，軟化點(diǎn)在2390℃—2500℃范圍內，熔點(diǎn)為2715℃。二氧化鋯不溶于水、硫酸、鹽酸和硝酸，加熱時(shí)微溶于氫氟酸和濃硫酸。純二氧化鋯為白色，較純的氧化鋯為淡黃色。

常溫下純二氧化鋯是絕緣體，加入穩定劑可使其導電率升高且在高溫下能呈現出離子型導電。二氧化鋯有三種晶型，結晶學(xué)參數及其三種晶型的結構示意簡(jiǎn)圖如下所示。

二氧化鋯的三種晶型可以隨溫度的變化而互相轉化：高于1170℃時(shí)，單斜相會(huì )轉變?yōu)樗姆较?；超過(guò)2370℃時(shí)，四方相會(huì )轉化為立方相。

通常，陶瓷材料都較脆和硬，但是氧化鋯陶瓷比較特殊，因為存在上述四方相與單斜相間的轉變而具有較高韌性，此相變?yōu)轳R氏體轉變，其特征如下：

a、具有成核的生長(cháng)過(guò)程，t-m相變無(wú)擴散，在很高溫度范圍內進(jìn)行，原子發(fā)生有序位移，但位移量小于一個(gè)原子間距，相鄰原子在發(fā)生相變后仍保持相鄰；

b、t-m相變伴隨著(zhù)很大體積變化（3%-5%）和剪切應變（1%-7%），且相變是可逆的，加熱時(shí)又會(huì )發(fā)生m-t相變；

c、t-m相變溫度由晶粒尺寸和外力作用決定，顆粒越細小相變溫度就越低，當外界壓力高于3700MPa時(shí)，四方相氧化鋯可以保留到室溫。

純二氧化鋯會(huì )發(fā)生t-m相變，易導致產(chǎn)品碎裂失去實(shí)用價(jià)值，因而在生產(chǎn)過(guò)程中，常用Y2O3、CeO2、CaO和MgO等來(lái)穩定處理氧化鋯陶瓷。其原理是在氧化鋯的晶體結構中引進(jìn)這些金屬離子Y3+、Ca2+、Mg2+、Ce2+等置換Zr4+從而形成固溶體，使四方相氧化鋯可以保留在室溫下而不再發(fā)生相變，以此來(lái)穩定氧化鋯陶瓷材料。

但從另一角度來(lái)看，人們利用穩定劑及某些特定工藝控制氧化鋯的馬氏體相變，在室溫下可獲得對外界應力敏感的亞穩態(tài)四方相氧化鋯，制造出可相變的高韌性氧化鋯陶瓷材料，如下圖所示，為應力誘發(fā)相變增韌的示意圖。

在外力δ的作用下長(cháng)度為2c的裂紋周?chē)l(fā)生t-m相變，灰色顆粒表示已經(jīng)發(fā)生t-m相變的部分，白色代表未發(fā)生相變的部分。