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钇稳定氧化锆陶瓷是一种以氧化钇(Y2O3)作为稳定剂的氧化锆(ZrO2)陶瓷,具有高强度、高韧性、高耐磨性、高耐腐蚀性等优异的物理和化学性能,在电子、航空、航天、核工业等高新技术领域有着广泛的应用。 钇稳定氧化锆陶瓷根据氧化钇的含量和氧化锆的晶相不同,可以分为以下几种类型: 3mol%钇稳定氧化锆陶瓷(3Y-TZP):这是一种以3mol%的氧化钇作为稳定剂的四方相氧化锆多晶体陶瓷,具有最高的强度和韧性,是目前最常用的一类氧化锆陶瓷材料。它可以通过传统的粉末冶金法或溶胶-凝胶法制备,主要用于制作刀具、轴承、泵、阀门、密封件、生物医用植入物等。 5mol%钇稳定氧化锆陶瓷(5Y-TZP):这是一种以5mol%的氧化钇作为稳定剂的四方相氧化锆多晶体陶瓷,具有较高的强度和韧性,但略低于3Y-TZP。它可以通过溶胶-凝胶法或水热法制备,主要用于制作耐高温和耐腐蚀的零件,如电解质隔膜、催化剂载体、传感器等。 8mol%钇稳定氧化锆陶瓷(8Y-CSZ):这是一种以8mol%的氧化钇作为稳定剂的立方相氧化锆多晶体陶瓷,具有较低的强度和韧性,但较高的导电性和导热性。它可以通过溶胶-凝胶法或共沉淀法制备,主要用于制作电子元件、固体氧化物燃料电池(SOFC)、超导材料等。 钇稳定氧化锆陶瓷的增韧机理 钇稳定氧化锆陶瓷之所以具有高韧性,主要是由于其特殊的相变增韧机理。在裂纹尖端处,由于应力集中,亚稳定的四方相会发生马丁塞特相变(martensitic transformation),转变为单斜相,并伴随着4%左右的体积膨胀。这样就会在裂纹尖端产生压应力,抵消外部拉应力,从而阻止裂纹扩展,提高材料的断裂韧性。此外,相变过程中还会产生微裂纹、晶粒细化、裂纹偏转等现象,进一步增加了裂纹扩展的阻力。
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