残余应力对涂覆Al_(2)O_(3)涂层的ZrO_(2)陶瓷的强度和裂纹扩展阻力的影响

摘要

本研究在ZrO_(2)基体表面涂覆一薄层Al_(2)O_(3)涂层,利用基体与涂层之间热膨胀系数不匹配,在Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)预应力陶瓷(简称A_(C)Z_(S)预应力陶瓷)表层引入压应力。采用维氏压痕法评价残余应力对A_(C)Z_(S)预应力陶瓷的表层和基体中裂纹扩展阻力的影响。理论分析结合实验结果表明:表层的压应力使得A_(C)Z_(S)预应力陶瓷的裂纹扩展阻力增大,最终导致强度和损伤容限提高;且A_(C)Z_(S)预应力陶瓷表层的压应力和裂纹扩展阻力随着基体截面积与涂层截面积比值的增加而增大。当ZrO_(2)基体表层的Al_(2)O_(3)涂层厚度为40μm时,表层压应力使A_(C)Z_(S)预应力陶瓷的弯曲强度达到(1207±20)MPa,相比于同种工艺下制备的ZrO_(2)陶瓷强度提高了32%,同时也是Al_(2)O_(3)强度的3倍。此外,A_(C)Z_(S)预应力陶瓷也表现出很好的抗热震性能。