Ce-Y(Ca)-TZP陶瓷及Ce-TZP/Al2O3復相陶瓷的研究與應用進展

李 楠，謝志鵬，易中周，翟鳳瑞

(1.紅河學院理學院，蒙自 661199；2.清華大學材料學院，北京 100084)

0 引 言

氧化鈰穩定的四方氧化鋯多晶陶瓷(Ce-TZP)因具有很高的斷裂韌性(KIC達到20 MPa·m1/2)以及良好的抗低溫老化性而獲得高度重視，但是，其彎曲強度偏低，從而在一定程度上限制了Ce-TZP陶瓷的廣泛應用，雖然通過常見手段，如粉體制備和燒結工藝的優化和改良，可以使其綜合性能得到一定程度的提高，但是，Ce-TZP陶瓷材料仍然難以滿足多數工程應用的需求。如何進一步提高強度，達成強度、韌性和可靠性(高韋伯模數)之間的平衡，從而滿足實際應用的需求，是本領域研究人員普遍關注的問題。

Ce-TZP的彎曲強度和硬度通常要低于氧化釔穩定的四方氧化鋯多晶陶瓷(Y-TZP)，這與Ce-TZP較粗的晶粒有關。與Y-TZP相比，Ce-TZP的致密化需要更高的燒結溫度和更長的保溫時間，且缺乏抑制晶粒長大的機制(如Y-TZP中的固溶拖曳，即Y3+在晶界偏析，阻礙晶粒生長)，與Y-TZP亞微米級(通常小于0.3 μm)的晶粒相比，Ce-TZP的晶粒通常可以達到微米級(通常在1.5～2.0 μm以上)[1]。

通過抑制晶粒生長，有望提高Ce-TZP的強度和硬度[2]。原則上，可以引入新的固溶離子，使其在燒結過程中在晶界偏析，產生固溶拖曳機制，從而抑制晶粒生長。此外，納米復相陶瓷的制備是抑制晶粒生長較有前景的策略。引入不混溶的第二相(如氧化鋁)來固定晶界可以控制氧化鋯的晶粒生長。更細的微觀組織會導致較高的t(四方相)→m(單斜相)臨界相變應力和較陡的R曲線(Resistance curve,裂紋擴展阻力曲線)斜率，均有利于提高Ce-TZP的強度。……