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正文:

電子顯微鏡檢測改良型氧化鋯基材料的表面特性

破壞韌性與粒徑檢測分析

從圖一知商用氧化鋯之平均晶粒尺寸約從0.4μm成長至1μm的
尺寸大小，而改良型氧化鋯約從0.25 nm成長至0.66μm的尺寸大
小，顯示出改良型氧化鋯比商用氧化鋯有較小之平均晶粒尺寸，此
表示商用氧化鋯在添加相結(jié)構(gòu)調(diào)整劑鈮酸釔后，能有效抑制其晶粒
成長。我們發(fā)現(xiàn)商用及改良型氧化鋯之平均晶粒尺寸皆有隨著燒結(jié)
溫度升高而晶粒增大現(xiàn)象，其破壞韌性亦出現(xiàn)隨燒結(jié)溫度升高而增
加的趨勢。圖二為兩材料在不同燒結(jié)溫度下之破壞韌性值，分別是
商用者為7.489~8.938 Mpa*m1/2；改良者為6.01~12.753 Mpa*m1/
2。其中顯示出試片經(jīng)1400℃燒結(jié)溫度的破壞韌性最小，但其晶粒尺
寸也最小；而改良型氧化鋯1550℃燒結(jié)溫度的試片，其晶粒尺寸已
成長至0.72μm，但其破壞韌性值卻是最高，可高達14.7Mpa*m1/2，
其平均韌性值為13.62 Mpa*m1/2。這不同于一般的說法，所以可知
本材料系統(tǒng)并非晶粒尺寸最小時，破壞韌性值才最高。因此表示此
改良型氧化鋯的機械性質(zhì)，在添加相結(jié)構(gòu)調(diào)整劑鈮酸釔后，已有明顯改變來達到臨界晶粒尺寸以獲最佳的破壞韌性機械性質(zhì)。
商用及改良型氧化鋯3Y-ZrO2+5mol%YNbO4于不同燒結(jié)溫度1400℃~1600℃各燒結(jié)1小時試
片之經(jīng)電子顯微鏡掃瞄至一萬倍之顯微組織，我們發(fā)現(xiàn)實驗檢測結(jié)果顯示出，由于經(jīng)不同燒結(jié)溫度燒結(jié)后其粒徑也不同，
不但晶粒隨著燒結(jié)溫度的升高而增大，而且發(fā)現(xiàn)氣孔洞也有隨著減少，
因此其晶粒的燒結(jié)會隨著溫度升高而較緻密，此與圖二所示的破壞韌性出
現(xiàn)隨燒結(jié)溫度升高而增加的趨勢相符合。這趨勢表示改良型氧化鋯
的機械性質(zhì)，可藉由適當?shù)臒�結(jié)來達到臨界晶粒尺寸及求其更緻密
來減少孔洞，提升氧化鋯的機械性質(zhì)。
二氧化鋯會因晶粒粗大而表面能降低，而增加正方相轉(zhuǎn)變成單
斜相的能力使韌性提高。一般相信晶粒尺寸變大，將造成相變變形
層較深[6]，因此實驗結(jié)果如圖2所示，由于晶粒尺寸大而表面能降
低，造成差排滑移較容易，這可用來提供大量的塑性變形以提高韌
性，因此顯示韌性有隨燒結(jié)溫度提高而增加的趨勢。