微米晶单斜氧化锆高压相变制备亚微米四方多晶氧化锆

摘要

高压相变已逐渐发展成为一种制备纳米/亚微米多晶陶瓷块体材料的有效方法。高压可以抑制原子的长程扩散进而抑制晶粒长大,高压下截获的新相不受初始材料晶粒尺寸的制约,通过热力学调控可以得到晶粒尺寸更小的多晶块体材料。陶瓷材料在特定热力学条件下通常会发生相变,新相的形成要经历形核、生长的过程。采用晶粒尺寸为2μm的单斜ZrO2与晶粒尺寸为50 nm的Y2O3以97:3的摩尔比混合,在5.5 GPa、800～1700℃温压区间内对初始材料进行烧结,采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜对所得样品进行表征。研究结果表明:高压下截获了单斜相和亚微米四方相复合的多晶ZrO2块体材料,1200、1400、1600和1700℃温度下获得的四方相的平均晶粒尺寸为(145±62) nm、(246±165) nm、(183±62) nm和(245±107) nm。利用高压相变以微米晶制备细晶粒多晶块体材料,可以避免常规方法中以纳米粉末为初始材料制备细晶粒多晶块体材料存在的团聚、吸附及晶粒长大的问题,进而发展一种以微米晶为初始材料通过高压相变制备高性能细晶粒多晶块体材料的方法。