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氧化锆陶瓷低温老化现象的影响因素有哪些?

时间:2025-06-18

  氧化锆陶瓷低温老化现象的影响因素有哪些?氧化锆陶瓷低温老化过程受晶体大小、内部应力、稳定剂含量和种类等因素影响,可通过调整烧结条件和表面处理方式改变这些因素,从而控制氧化锆陶瓷的低温老化。

  1、晶体尺寸

  晶体尺寸越小,四方相晶体越稳定,越不易发生低温老化。有学者提出氧化锆陶瓷晶体尺寸存在临界值,晶体尺寸小于临界值时,四方相晶体处于热力学稳定状态,不会向单斜相转化,因此氧化锆陶瓷不易发生低温老化;只有晶体尺寸大于临界值时,四方相晶体才可能向单斜相转化,进而发生低温老化。晶体尺寸的临界值根据稳定剂含量和烧结条件等不同而有所不同,普遍认为是0.3~0.5μm。

  2、应力

  局部应力可影响氧化锆陶瓷的相变,这种应力可来源于修复体受力,也可来源于修复体加工过程中的残余应力。当四方相晶体受局部拉应力时,晶体更趋于向单斜相转变,因为转变造成的体积膨胀有助于减少拉应力。

陶瓷柱塞.jpg

  3、稳定剂

  氧化锆材料的LTD进程受到稳定剂种类和含量的影响。在一定范围内,t相稳定性随稳定剂含量增加而增加,当稳定剂含量超过一定范围,则会增强c相稳定性。然而,氧化锆材料的抗弯强度同样受到稳定剂含量的影响,以氧化钇稳定剂为例,在氧化钇摩尔分数低于3%时,氧化锆陶瓷抗弯强度随着氧化钇浓度的增加而增加,并在3%浓度时达到最大值,但当氧化钇摩尔分数超过3%时,氧化钇含量的增加会导致氧化锆陶瓷的抗弯性能下降。为保证氧化锆材料满足实用需求,稳定剂的含量通常受到实际性能需求的限制。

  在稳定剂种类方面,多种稳定剂的混合使用对氧化锆的LTD现象具有良好的抑制效果。如在Y-TZP材料中掺入适量的CeO2可以提高材料的抗低温老化性能。

  4、烧结体密度的影响

  t→m相变总自由能变化ΔGt-m的描述方程式中所提及的影响因素并未涉及氧化锆LTD进程的必要条件:水环境。水环境对于氧化锆LTD现象的影响机制虽然没有明确定论,但现有研究中最具说服力的观点有以下两点:

  (1)水汽对氧化锆材料应力环境的影响;(2)水汽对氧化锆材料化学成分的影响。

  氧化锆材料的致密度作为决定水汽侵蚀程度的重要因素,是氧化锆制备工艺中的重要参数,要制备抗低温老化性能好的氧化锆陶瓷首先得制备密实的陶瓷,高致密度的氧化锆材料能够有效抑制水汽对材料的侵蚀,降低水汽对材料内部应力环境和化学成分的影响。



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