可靠评价Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷断裂韧性研究进展

Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷材料被广泛应用于工程结构件、医疗器械、智能穿戴、电子器件等领域。断裂韧性作为评价陶瓷材料脆性断裂的重要指标，对于结构陶瓷的研发、制备、选材与设计具有决定性意义。本文基于飞秒激光改良后的单边V型切口梁法(SEVNB)，回顾了Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷材料断裂韧性评价的最新研究进展。首先对于广泛应用的Y-ZrO2断裂韧性进行分析，给出Y-ZrO2陶瓷断裂韧性的可靠参考值，并给出传统单边切口梁(SENB)法的经验修正公式，同时导出了不同Y2O3稳定剂含量的ZrO2陶瓷断裂韧性经验估算公式。通过回顾基于飞秒激光改良的SEVNB法对Y-ZrO2陶瓷断裂韧性的评价，发现断裂韧性最好的2 mol%Y2O3稳定四方多晶ZrO2(2Y-TZP)陶瓷的断裂韧性为6.4 MPa·m1/2。其次对Y-ZrO2/Al2O3陶瓷的断裂韧性进行了回顾，发现ZrO2增韧Al2O3(ZTA)陶瓷随氧化锆含量的增加，其断裂韧性最多只能提升到增韧相ZrO2的水平；在Y-ZrO2中加入Al2O3获得Al2O3增强ZrO2陶瓷(ADZ)，发现随Al2O3加入量的增加，ADZ的韧性没有明显提升。回顾基于飞秒激光改良的SEVNB法对Y-ZrO2/Al2O3陶瓷断裂韧性的评价，目的在于澄清ZTA陶瓷中ZrO2提升Al2O3断裂韧性的幅度以及ADZ陶瓷中Al2O3提升ZrO2断裂韧性的幅度。基于飞秒激光改良的SEVNB法对Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷断裂韧性的评价，发现Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷材料的断裂韧性依然不高，其评价值远低于铸铁的断裂韧性(～20 MPa·m1/2)，因此Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷的增韧依旧任重道远。本文旨在为Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷材料断裂韧性提供参考，为Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷材料的研发、测试、选材与设计提供依据。