摘要研究了加入CeP04對(duì)Ce-ZrO2如陶瓷性能與加工損傷的影響。通過(guò)計(jì)算Ce- Zr02和Ce一ZrO2/CeP04的韋伯模數(shù)與二者損傷對(duì)比觀察，證實(shí)了加入CeP04后，材料彎藍(lán)強(qiáng)度分布趨于一致，加工損傷明顯減小，增加了材料實(shí)際應(yīng)用中的安全性和可靠性，并且由于Ce-Zr02陶瓷加工時(shí)強(qiáng)度下降幅度大于Ce-Zt02CeP04，以加工后強(qiáng)度而言，二者相差不大。

   關(guān)鍵詞  氧化鋯磷酸鈰可加工陶瓷加工損傷

  Ce一ZrO2/CeP04陶瓷是1998年美國(guó)RockweU科學(xué)中心研究報(bào)道的一類新型可加工陶瓷。主要具備以下特點(diǎn)：①良好的化學(xué)相容性；②高熔點(diǎn)；③形態(tài)相容性；④氧氣氣氛下的穩(wěn)定性；⑤在水、C02甚至腐蝕環(huán)境下的穩(wěn)定性；⑥界面結(jié)合很弱，便于加工時(shí)裂紋沿弱界面的形成和連接，使材料以晶粒規(guī)模去除形式為主，因此可以用傳統(tǒng)對(duì)金屬的加工方法和刀具進(jìn)行加工，這一特性突破了陶瓷和金屬在加工方法上的界限，給陶瓷材料的應(yīng)用創(chuàng)造了新的生機(jī)。本文擬結(jié)合Ce-Zr02寫(xiě)Ce-Zr02/CeP04陶瓷的比較，對(duì)Ce-2r02 /CeP04陶瓷的性能及加工損傷進(jìn)行研究，以期認(rèn)識(shí)其加工損傷特點(diǎn)，以及對(duì)材料性能、結(jié)構(gòu)的影響，為該類材料進(jìn)一步的研究與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

l  實(shí)驗(yàn)

   實(shí)驗(yàn)用Ce-ZrO2為含12mol%Ce02的超細(xì)粉，平均粒度0.06 um。CeP04為自行合成的料，經(jīng)800℃煅燒去除結(jié)晶水后，平均粒度0.04um。按Ce-Zr02：CeP04=3：1（質(zhì)量比）配料，球磨5天。干燥后，經(jīng)干壓、等靜壓，1 550℃燒結(jié)，保溫2h。燒成后，將試片切成尺寸為25 mm×5mm×2.5 mm的試條，用三點(diǎn)彎曲法測(cè)彎曲強(qiáng)度。將試條表面拋光，平行放于載物臺(tái)上，保證二者具有相同的切割條件，在垂直拋光面方向用金剮石刀具切割。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察試樣切割后拋光面上的損傷情況及自然斷口形貌。

2結(jié)果與討論

   表1為試樣三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Ce-ZrO2/CeP04的強(qiáng)度較Ce-ZrO2有所下降，但相差不大

且數(shù)據(jù)均一性更好。Ce-2r0 /Cep04陶瓷的韋伯模數(shù)較Ce-2I02陶瓷高得多，說(shuō)明引入CeP04后，材料強(qiáng)度的分散性降低；由于平均強(qiáng)度和韋伯模數(shù)

的結(jié)合可用來(lái)表征材料在工程使用中的安全性和可靠性[糾，在強(qiáng)度差別不大的情況下，韋伯模數(shù)

的提高意味著材料使用可靠性的提高。

表1試樣三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果    單位：MPa

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┃    No． ┃  1 ┃   2 ┃   3 ┃  4 ┃   5 ┃  6 ┃  7 ┃    8 ┃   9  ┃  10    a平均  ┃

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┃    cz     481 ┃ 509 ┃ 518 ┃ 534 ┃ 546┃559 ┃ 567┃ 572 ┃  594 ┃ 601  ┃ 548.1±36

┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━----------------------

┃  cnCP  ┃ 497 ┃ 514 ┃ 525 ┃ 533 ┃539 ┃543 ┃549 ┃ 555 ┃ 562  ┃ 571  ┃ 538.8±2l

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< cz : Ce-Zr02      CZ/CP: Ce-2r02 /CeP04以 下同 )

ZrO2裂紋擴(kuò)展層變薄，加工損傷很小。這主要是因?yàn)镃e-ZrO2/PO4中存在弱界面，主裂紋沿晶界擴(kuò)展時(shí)，可以偏轉(zhuǎn)、分叉，產(chǎn)生許多微裂紋，因此耗散了主裂紋能量，阻止其向深層擴(kuò)展，留下很淺的裂紋層，而不是穿晶擴(kuò)展后留下較深的裂紋。

 Ce-Zr02中晶粒有崩斷現(xiàn)象，而Ce-ZrO2 /CeP04中晶粒表面棱角分明，保持較完整。從材料斷裂方式來(lái)看，加入前后，材料從以穿晶斷裂為主變?yōu)橐匝鼐嗔褳橹?。從材料加工去除形式?lái)看，加工裂紋易沿晶界擴(kuò)展，晶粒規(guī)模去除方式成為主導(dǎo)，而不是以晶粒碎屑去除為主。

用拋光處理后的狀態(tài)來(lái)表征材料未經(jīng)加工的狀態(tài)，未經(jīng)拋光處理表征材料加工后的狀態(tài)?？梢钥闯鲇杉庸p傷引起材料力學(xué)性能的下降，Ce-2r02較Ce-2r02/CeP04幅度大，這與上述微觀結(jié)構(gòu)分析情況有較好的吻合，且加工后二者強(qiáng)度相差不大。

   值得強(qiáng)調(diào)的是．本試驗(yàn)只是對(duì)Ce-2r02/CeP04進(jìn)行初步研究，并沒(méi)有通過(guò)改變晶粒尺寸、形貌、各組分相對(duì)含量、燒結(jié)溫度、成型方法等手段來(lái)系統(tǒng)優(yōu)化Ce-2102/CeP04材料的力學(xué)性能，因此弱界面的引入并不一定會(huì)使材料力學(xué)性能下降。Swanson等在電子顯微鏡下直接觀察了粗晶粒Al2O3陶瓷沿晶斷裂過(guò)程，并且斷裂在顯微水平上有不連續(xù)的現(xiàn)象，這使同材料沿晶斷裂比穿晶斷裂的韌性高了1倍。當(dāng)然，引入弱結(jié)合面會(huì)使陶瓷加工前的抗彎強(qiáng)度下降，但是有弱結(jié)合面的陶瓷在加工時(shí)所施加工應(yīng)力小，有許多微裂紋分散主裂紋而使加工后留下的裂紋很淺，從而使加工后的強(qiáng)度下降很小，有時(shí)還略有上升（可能是去除了表面固有缺陷）。而穿晶斷裂的陶瓷因加工應(yīng)力大，又是單裂紋擴(kuò)展，所以在加工后會(huì)留下較深的裂紋，使強(qiáng)度有很大損傷。以加工后強(qiáng)度比較，引入弱結(jié)合面的陶瓷會(huì)更高，如圖6所示[5]。綜上所述，在不降低陶瓷材料力學(xué)性能的前提下，增加陶瓷可加工性是完全可行的。

3  結(jié)論

   雖然弱結(jié)合界面的引入使材料的強(qiáng)度下降，但通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算Ce-2r02和Ce-2r02/CeP04各自的韋伯模數(shù)與二者的損傷對(duì)比觀察表明，加入CeP04后，材料更加均勻，強(qiáng)度分布更加趨于一致，并且加工損傷明顯減小，增加了材料使用的安全性和可靠性。而且加工時(shí)，Ce-2r02強(qiáng)度下降幅度大于Ce-Zr02/CeP04，以加工后的強(qiáng)度而言，二者相差不大，這對(duì)工程應(yīng)用更具實(shí)際意義。