氧化锆陶瓷的相变增韧特性有哪些

1、用陶瓷材料做刀具

在金属材料机械加工中, 切削加工是基本、可靠的精密加工手段, 刀具材料的性能对切削加工效率、精度、表面质量、刀具寿命有着决定性的影响。在现代切削加工中, 陶瓷刀具材料以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性, 在高速切削领域和切削难加工材料方面扮演着越来越重要的角色。陶瓷刀具材料主要包括氧化铝、氮化硅及赛隆系列。其他陶瓷材料, 例如氧化锆、硼化钛陶瓷等作为刀具材料也有使用。

 2、氧化铝系列

纯的氧化铝陶瓷含 Al 2 O 3 99% 以上, 强度低, 抗热震性及断裂韧性较差, 切削时易崩刃, 故没有广泛使用。碳化物、氮化物和硼化物材料具有很高的强度和硬度, 可以作为 Al 2 O 3 陶瓷中的增强相。这类物质包括TiC、TiN、TiB 2 、Ti( CN) 、WC、ZrC 等。采用重复热压工艺制备Al 2 O 3 - Ti( CN) 刀具材料, 抗弯强度可达 820MPa, 断裂韧性7. 4MPa#m1P2 , 维氏硬度 20. 4GPa。切削试验表明: 此种材料适合连续切削铸铁和硬化钢, 尤其适合间歇切削硬化钢。晶须是一种广泛使用的增强增韧陶瓷材料, 增强Al 2 O 3 使用的主要是 SiC、Si 3 N 4 晶须。SiC 晶须在Al 2 O 3基体中起加强棒的作用, 并使应力在基体内分散。这种陶瓷刀具断裂韧性、强度和硬度都比较高, 非常适合加工镍基耐热合金及较低的切削速度加工各种铸铁和非金属脆性材料。Si 3 N 4 晶须加入到 Al 2 O 3 基体中可以提高陶瓷的抗热冲击性, 适合切削镍铬铁耐热合金材料氧化锆相变增韧是一种广泛使用的增韧工艺。在Al 2 O 3 材料中加入15% 部分稳定的氧化锆, 1 550 e 真空烧结 2 h, 制备出 ZrO 2 - Al 2 O 3 复合材料, 断裂韧性8. 2MPa#m1P2 , 抗弯强度可达 884MPa。这类陶瓷刀具具有较好的韧性和抗热冲击性, 但耐磨性较差, 主要用于铸铁和合金的粗加工。
以氧化锆陶瓷为主要原料的锆英石基陶瓷颜料，是高级釉料的重要成分;氧化锆的热导率在常见的陶瓷材料中低，而热膨胀系数又与金属材料较为接近，成为重要的结构陶瓷材料;特殊的晶体结构，使之成为重要的电子材料;

氧化锆陶瓷的相变增韧等特性，成为塑性陶瓷材料的宠儿;良好的机械性能和热物理性能，使它能够成为金属基复合材料中性能优异的增强相。

自从Gupta首次报道了四方氧化锆陶瓷TZP以来，TZP材料的研究一直方兴未艾。TZP陶瓷是氧化锆增韧陶瓷中室温力学性能高的一种材料。

其强度和断裂韧性可高达1. 5GPa和l 5MPa/m2，其硬度、耐磨性和耐化学腐蚀性也较好，常被应用于严酷环境和苛刻负载条件，如用做拉丝模、轴承、密封件和替代人骨，以及发动机活塞顶、气门机构中的凸轮、玻璃纤维和磁带的切刀等。