基于三辊分散原料的3Y-ZrO2/Al2O3陶瓷的制备与表征

潘 晨，乔 梁，郑精武，蔡 伟，应 耀，车声雷

(1 浙江工业大学 材料科学与工程学院，杭州 310014；2 浙江工业大学 磁电功能材料研究所，杭州 310014)

氧化锆陶瓷因耐高温、耐磨损、良好的生物相容性和化学惰性等优异性能，在高温结构件、氧化物燃料电池、5G手机背板、牙科材料等领域应用非常广泛[1-4]。常压下氧化锆有立方相、四方相和单斜相3种晶型[5]。由于从高温到低温的晶型转变引起体积膨胀[6-7]，单纯氧化锆陶瓷烧结冷却到室温会产生开裂，通常采用Y2O3作为稳定剂将氧化锆四方相稳定到室温。研究发现，Y2O3的添加量[8-9]和晶粒尺寸[10-11]对ZrO2最终相组成有重要影响。Y2O3(3%(摩尔分数))-ZrO2为常见的钇稳定ZrO2陶瓷(3Y-ZrO2)，其主相为亚稳四方相(t)，在应力诱导下，该四方相转为单斜相(m)发生体积膨胀，从而使裂纹扩展受到阻碍，提高3Y-ZrO2陶瓷的强度[12]。

3Y-ZrO2粉体原料成本较高，而Al2O3陶瓷粉体价格低，绝缘性能优良，被广泛用于制作集成电路的基板。为了发挥两者优势，ZrO2-Al2O3复相陶瓷一直是先进陶瓷材料领域的研究热点[13-19]。在使用ZrO2增韧Al2O3陶瓷(zirconia toughening alumina，ZTA)的研究中发现，Al2O3陶瓷中加入四方多晶ZrO2(tetragonal zirconia polycrystals，TZP)，通过微裂纹和应力诱导相变机制可提高其韧性和强度[5]。然而，在Al2O3增强增韧3Y-ZrO2陶瓷(alumina toughening zirconia，ATZ)的研究中，Nevarez-rascon等[19]发现，即使Al2O3的质量分数高达50%，仍然没有检测到m相的生成。由此可见，对ZrO2-Al2O3陶瓷来说，影响氧化锆t相亚稳的因素复杂，在工程实践中精确控制仍然比较困难。Al2O3粉体粒度、体积分数以及烧结工艺条件对氧化锆t到m相转变的影响得到人们广泛重视，然而，其他制备工艺条件的变化对复相陶瓷的相组成，显微结构与力学性能的影响，研究仍然较少。……