氧化鋯陶瓷的結構以及其基礎知識簡介

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

二氧化鋯（ZrO2）是高熔點的金屬氧化物，相對分子量為123.22，沸點為4300℃，軟化點在2390℃—2500℃范圍內，熔點為2715℃。二氧化鋯不溶于水、硫酸、鹽酸和硝酸，加熱時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，結晶學參數及其三種晶型的結構示意簡圖如下所示。

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，單斜相會轉變為四方相；超過2370℃時，四方相會轉化為立方相。

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，此相變為馬氏體轉變，其特征如下：

a、具有成核的生長過程，t-m相變無擴散，在很高溫度范圍內進行，原子發生有序位移，但位移量小于一個原子間距，相鄰原子在發生相變后仍保持相鄰；

b、t-m相變伴隨著很大體積變化（3%-5%）和剪切應變（1%-7%），且相變是可逆的，加熱時又會發生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，四方相氧化鋯可以保留到室溫。

純二氧化鋯會發生t-m相變，易導致產品碎裂失去實用價值，因而在生產過程中，常用Y2O3、CeO2、CaO和MgO等來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生相變，以此來穩定氧化鋯陶瓷材料。

但從另一角度來看，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，為應力誘發相變增韌的示意圖。

在外力δ的作用下長度為2c的裂紋周圍發生t-m相變，灰色顆粒表示已經發生t-m相變的部分，白色代表未發生相變的部分。