防止氧化鋯陶瓷低溫老化有哪些方法？

經(jīng)過(guò)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(méi)有一些方法可以防止它老化呢？下面科眾陶瓷廠(chǎng)將告訴大家?guī)追N方法。

氧化鋯陶瓷的LTD 與t→m轉(zhuǎn)變勢(shì)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(shí)間和表面處理方式等。
 

1、提高轉(zhuǎn)變勢(shì)壘

t→m轉(zhuǎn)變過(guò)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(shì)壘Gt-m。通過(guò)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(shí)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(qiáng)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(huì)降低氧化鋯的斷裂韌性。因此，研究人員開(kāi)始采用摻雜的方法來(lái)抑制LTD的發(fā)生。當(dāng)摻雜三價(jià)氧化物的陽(yáng)離子半徑(Men+)大于或小于鋯離子時(shí)，在偏析驅(qū)動(dòng)力作用下?lián)诫s陽(yáng)離子會(huì)在晶界處偏析。摻雜后為保持電荷平衡會(huì)在晶界處產(chǎn)生氧空位，偏析的陽(yáng)離子(Me’Zr)與氧空位(Vö)相結(jié)合，從而打斷了由于OH–擴(kuò)散造成的氧空位的耗散，抑制LTD。
 

Zhang等也通過(guò)摻雜陽(yáng)離子半徑不同于鋯離子的氧化物來(lái)提高材料的抗LTD能力。結(jié)果表明：0.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）La2O3和0.10%~0.25%Al2O3共摻雜到3Y-TZP中材料具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。但氧化鋁的加入會(huì)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(shí)，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(guò)加入少量的氧化硅也可以抑制LTD。因?yàn)檠趸璺植荚诙鄠€(gè)氧化鋯晶粒結(jié)合處，能夠降低三晶交匯點(diǎn)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(duì)材料斷裂韌性造成影響。