烧结工艺对涂覆法制备Y-Ce-La-TZP陶瓷微观结构与力学性能的影响

吴飞，刘允中，朱康乐

(华南理工大学 国家金属材料近净成形工程技术研究中心，广州 510640)

自20世纪70年代GUPTA[1]首次提出具有相变增韧效果的四方相氧化锆(ZrO2)陶瓷以来，它就成为研究热点。凭借高强度、高硬度、低热传导率以及优良的耐腐蚀性能和生物相容性，ZrO2陶瓷已在相变增韧陶瓷、机械零部件、髋关节假体以及牙科植入体[2]等领域得到广泛应用。但ZrO2陶瓷仍然存在断裂韧性差和中高温下力学性能下降等问题[3]。

纯ZrO2在一定温度下烧结时变为四方相，随后的冷却过程中发生四方相(t-ZrO2)向单斜相(m-ZrO2)的转变，此过程属于无扩散性马氏体转变，伴随体积膨胀，从而导致陶瓷开裂而无法使用。几乎所有的稀土氧化物都能与ZrO2形成固溶体而将四方相稳定至室温[1]，因此在ZrO2陶瓷中掺杂稀土元素可避免相变过程所发生的体积膨胀。稀土元素的掺杂方式对ZrO2陶瓷的性能有较大影响。为了使稀土元素均匀分布于ZrO2基体中，目前大多采用传统化学液相共沉淀法[4−5]制备稀土元素掺杂ZrO2粉体，但所制备的粉体易发生团聚。近年来有文献报道采用涂覆法制备稀土元素掺杂ZrO2粉体，将稀土离子以硝酸盐溶液的形式包覆于ZrO2粉体表面。YUAN等[6]采用涂覆法制备的Y2O3包覆ZrO2粉末为原来制备ZrO2陶瓷的断裂韧性比纯ZrO2陶瓷明显提升。VLEUGELS等[7]研究了Y2O3和Al2O3的含量以及烧结温度对涂覆法制备的Y2O3稳定四方相ZrO2多晶陶瓷(Y-TZP)力学性能的影响。HUANG等[8]采用涂覆法制备(Y,Ce)-TZP陶瓷，并系统研究了稀土稳定剂Y2O3和CeO2的最佳比例，使得这2种稳定剂共掺杂的ZrO2陶瓷在具备优良力学性能的同时，具有可靠的抗水热老化性能。……