氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷的主要成分及增韧原理

        氧化锆增韧氧化铝陶瓷也叫锆铝复合陶瓷或ZTA陶瓷，是在陶瓷配方中引入了氧化锆等成分，提高陶瓷韧性，让其在耐磨的同时也具有较强的抗冲击能力。因为ZTA陶瓷的这种特性，所以ZTA陶瓷衬板(NMC-ZTA)广泛用于常温环境下，输料量大、物料大、冲击力大的重磨损设备上作防磨内衬。

        ZTA陶瓷的主要成分是Al₂O₃、ZrO₂、Cr₂O₃、TiO₂以及ZnO，这些物质晶格相似，在烧结过程中与Al₂O₃形成固熔体，起到细化晶粒，促进烧结和提高断裂韧性的作用，ZTA陶瓷的断裂韧性KIC≥5.5MPa•m1/2。
 

        1. 应力诱导相变增韧。氧化锆在特定条件下会发生相变，从单斜晶系转变为亚稳态的四方晶型。这种相变在受到外应力时发生，导致体积膨胀，从而阻止裂纹扩展。

        2. 微裂纹增韧。在ZTA陶瓷中，氧化锆的添加会导致基体中形成均匀分布的微裂纹。这些微裂纹增加了材料的断裂表面能，促使主裂纹分叉，阻碍裂纹的快速扩展，从而提高材料的韧性。

        3. 弥散增韧。通过在氧化铝基体中添加四方氧化锆和立方氧化锆，可以形成曲折的裂纹扩展路径，增加材料的断裂韧性。

        4. 压缩表面韧化。通过研磨处理，可以使表面层的氧化锆颗粒转变为单斜相，体积膨胀形成压缩表面层，从而抵消一部分外加拉应力，强化陶瓷。

        5. 氧化锆晶粒的存在能固定和强化氧化铝陶瓷的晶界，减弱裂纹的影响。氧化锆的弹性模量和热膨胀系数与氧化铝不同，当氧化锆填充在氧化铝晶界处时，会受到晶界的径向压应力，从而提高陶瓷的断裂韧性。
 

        ZTA陶瓷的主要性能为耐磨损、抗冲击，具体性能指标如下：

项目	单位	指标
洛氏硬度	HRA	≥90
断裂韧性	MPa•m1/2	≥5.5
体积密度	g/cm³	≥4.15
抗弯强度	Mpa	300~800
抗压强度	Mpa	1200~3000
磨损体积	cm³	≤0.01
耐酸碱性能	PH	3~12