氧化钇稳定剂的含量对氧化锆制品的影响

氧化钇稳定剂的含量对氧化锆制品的影响

随着氧化钇摩尔分数的增加，氧化锆制品的抗弯曲强度迅速增大，在氧化钇含量为3%处获得最大强度值，再增加氧化钇含量，强度值不再增加，转而逐步减小。由于氧化锆制品中不加稳定剂，在1120℃左右将发生四方相与单斜相的可逆相变。添加一定数量的氧化钇稳定剂，由于Y3+与Zr4+半径相近，Y3+在高温下进入ZrO2晶格取代Zr4+，形成置换式固溶体，这将大大降低氧化锆中t-m相变的温度，使四方相在较低的温度，甚至室温得以保留，这可以提高氧化锆制品的韧性及强度。同时氧化锆在烧结过程中，温度逐渐升高，致使氧化锆制品收到外界热应力，基体产生微裂纹，而在裂纹尖端附近产生张应力，松弛了四方相氧化锆所受的压应力，微裂纹表面的一层四方相转变为单斜相，由于相变而产生3%~5%体积膨胀和剪切应变均导致压应力，这不仅抵消了外力所造成的张应力，而且阻止了进一步相变。这样只有施加更大的外力才能使相变继续进行，裂纹继续延伸，形成新的自由表面，直至断裂，这也提高了氧化锆制品的断裂韧性和强度。
当钇摩尔分数为1%时氧化锆制品中绝大部分是单斜相，四方相只占很少的一部分；当钇摩尔分数为3%是氧化锆制品中已产生较多的四方相；当钇摩尔分数为8%是氧化锆制品的晶相组成同时包括四方相、单斜相、立方相三种，四方相较多，单斜相较少，立方相有一部分。四方相的存在可在一定程度上提高氧化锆制品的强度，而单斜相的存在会降低材料的强度。所以，当钇摩尔分数大于3%后，四方相减少，造成强度下降，氧化钇含量影响四方氧化锆的含量及稳定性，当氧化钇的含量较多是生成一部分立方相氧化锆，四方相氧化锆的含量降低，强度也有降低。
随着摩尔分数的增加，氧化锆制品的硬度增大，在3%处制品的硬度达到最大值，之后随着钇含量增加，氧化锆制品的硬度逐渐降低。钇摩尔分数为3%时，氧化锆制品中的四方相含量较多，这对提高制品的硬度也有着有益的作用。
钇含量为3%时钇稳定氧化锆的颗粒尺寸最小，并且氧化锆具有较高的致密度，当钇的摩尔分数为3%时，氧化锆的微观结构出现了一定量的细长晶体，字细小的氧化锆颗粒与块体之间长晶体起凝固、桥连作用，这使得氧化锆制品结合更为紧密，获得了较高的结合力。
氧化锆制品中的四方相存在马氏体相变，相变增韧提高了氧化锆的断裂韧性和抗弯曲强度。但抗弯曲强度更多受相对密度的影响，当钇含量为3%时，氧化锆制品获得了最大的相对密度，同时也获得了最高抗弯曲强度。

纯的氧化锆本身就是一种高级耐火原料，融温度特别强，可扩大粘度变化的温度范围。有较好的热稳定性，能提高釉的抗龟裂性能还因它的化学惰性大，故能提高釉的化学稳定性和耐酸碱能力，还能起到乳浊剂的作用。氧化锆热导率低(1000℃，2．09W/(m·K))，高温结构强度高，1000℃时耐压强度可达1200～1400MPa。化学稳定性好，2000℃以下对多种熔融金属、硅酸盐、玻璃等不起作用。苛性碱、碳酸盐和各种酸(浓硫酸和氢氟酸除外)的溶液与氧化锆不起作用。

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