Основные классы циркониевых керамик.

1.Стабилизированный диоксид циркония CSZ : кубический твердый раствор на основе ZrO2. Для реализации количество добавки MgO, CaO -15–20мол.%, Y2O3 – 3 - 10мол.%. CSZ имеет низкие прочностные характеристики: σизг до 250МПа и К1с до 3МПаּм0,5 находит применение как огнеупорный материал, в технологии твердых электролитов.
2. Керамика, упрочненная диоксидом циркония ZTC: дисперсные частицы t-ZrO2 распределены в c-ZrO2 матрице и стабилизируются сжимающими напряжениями. Оптимальные механические характеристики достигаются при содержании t-ZrO2 15 об.%: σизг до 1000МПа и К1с до 7МПаּм0,5.
3. Частично стабилизированный ZrO2 PSZ: образуется при добавлении оксидов Mg, Ca, Y. При спекании образуются зерна c-ZrO2 (60мкм). После отжига в двухфазной области появляется до 40% тетрагональных частиц размером до 0,25мкм, когерентно связанных с кубической фазой. σизг до 1500МПа, К1с до 10МПаּм0,5
4. Тетрагональный диоксид циркония TZP: Система ZrO2– Y2O3(CeO2) и состоит только из тетрагональных зерен. Спекание происходит в области гомогенности t-фазы, затем следует закалка. Оптимальная структура обеспечивает экстремально высокие механические характеристики: σизг до 2400МПа при К1с около 15МПаּм0,5.

ПРОЗРАЧНАЯ

Корундоциркониевая керамика

В производстве высокопрочных изделий используется способ стабилизации высокотемпературной модификации t-ZrO₂ в композиции с Al₂O₃.

Диаграмма равновесного состояния системы ZrO₂–Al₂O₃

Состав эвтектики: 50 – 63моль% Аl2O3 Эвтектическая температура: 1700 – 18600C

Отсутствие взаимной растворимости, исключает появление новых фаз.

Техническое значение имеют композиции Al₂O₃-ZrO₂ (ZTA),

Которые используют как инструментальные материалы.

После спекания механической смеси Al₂O₃-ZrO₂ с объемным содержанием ZrO₂ до 20 об% образуется жесткая корундовая матрица, удерживающая дисперсные включения t-ZrO₂ от фазового перехода.

Это обусловлено высоким модулем упругости корунда и меньшим по сравнению с ZrO₂ тепловым расширением, вследствие чего частицы t-ZrO₂ находятся в поле сжимающих напряжений и остаются стабильными после охлаждения спеченного материала.

Стабильность частиц t-ZrO₂ зависит от их размера:

нелегированные зерна t-ZrO₂ в корундовой матрице

превращаются в m-ZrO₂ при 20°С, если их размер превышает 1,0 мкм.

Механизмы повышения прочности

Корундоциркониевых материалов

	введение в модульную матрицу оксида алюминия (1), стабилизированных оксидом иттрия равномерно распределенных тетрагональных частиц диоксида циркония (2).
	добавление пластинчатых кисталлов оксида стронция (3), которые рассеивают энергию путем отклонения трещин, увеличивая сопротивление деформации и прочность материала.

Технология изделий

Конструкционную керамику на основе ZrO₂ получают формованием и спеканием ультрадисперсных порошков, полученных методом ПХС. Формование заготовок проводят в гидростатах при давлении 400-600МПа. Спекают при 1500-2000°С в зависимости от количества оксида стабилизатора. После спекания следует отжиг при 1400–1500°С для выделения дисперсных включений t-фазы. При изготовлении изделий из тетрагонального ZrO₂ применяется закалка от температуры 1600°С.