陶瓷轴承，了解氧化锆的三件事

一、钢化陶瓷

自 1960 年代稳定氧化锆的发现和发展以来，相变增韧被认为是部分稳定氧化锆 (PSZ) 与掺杂剂（例如氧化钇、二氧化铈、氧化镁）的一种特性。总之，在 PSZ 中，四方相的颗粒或晶粒均匀分散在立方相中。四方相，亚稳态，即不稳定，在机械应力过大相中转变为单斜晶相，引起材料增韧现象。

后来，人们了解到这种现象可以在其他材料中复制，这些材料具有其他材料，例如氧化铝（氧化铝）作为基质，其中分散有氧化锆颗粒，起到增韧剂的作用。换句话说，由于存在热机械应力时的相变（四方晶→单斜晶），整个系列的陶瓷材料都可以通过添加氧化锆颗粒进行增韧。

在国际科技界，这种氧化锆增韧陶瓷材料的缩写为ZTC，即氧化锆增韧陶瓷，也称“陶瓷钢”。然而，制备过程的关键在于能够将氧化锆颗粒保持在临界尺寸内，低于该尺寸可以将氧化锆保持在四方亚稳相。

二、氧化锆材料术语

已经开发了专门的术语来描述稳定的氧化锆和氧化锆增韧陶瓷。

在立方基体中具有四方相颗粒的材料称为部分增韧氧化锆，或简称为 PSZ，其中添加了与稳定剂有关的元素前缀（例如 Ca-PSZ，用 CaO 稳定，或 Y- PSZ，用 Y2O3 稳定，或 Mg-PSZ，用 MgO 稳定）。

如果加入足够的稳定剂，材料将只含有立方相，称为全稳定氧化锆或全稳定氧化锆。只有四方相的材料以四方氧化锆中的多晶名称表示。

表 1 显示了不同版本的氧化锆增韧陶瓷的代码。缩写每种成分都有自己的特点，因此它可能是最适合特定应用的解决方案，如下表 2 所总结。

表 2. 材料属性。

1、具有分散颗粒的增韧陶瓷

将一定百分比（约 15%）的氧化锆添加到基体中的材料（例如氧化铝、ZTA）。在这种情况下，四方相的稳定化不是通过氧化钇或氧化钙等掺杂剂实现的，而是通过热处理和氧化锆颗粒的尺寸控制实现的。热处理导致四方相保持在室温下，迫使颗粒不会由于尺寸障碍而转变成单斜晶相。当材料在使用过程中受到机械应力时，显然需要发生四方→单斜转变。这种行为让人想起钢中马氏体的热处理和转变。

2、部分稳定的氧化锆

用氧化钇、钙、镁、铈等试剂掺杂或稳定的氧化锆。掺杂剂可促进四方相的稳定，从而提高材料的韧性。通常我们有一个立方相矩阵，具有不稳定的四方相百分比。

3、全四方多晶氧化锆

据报道，在 1970 年代，小于半微米且氧化钇稳定剂浓度极低的晶粒可以生成稳定四方相高 98% 的材料。为确保增韧的好处，晶粒尺寸不超过 0.3 微米至关重要。

最近，另一类增韧氧化锆基陶瓷材料正在获得发展势头：所谓的纳米材料，其中重要的是将晶粒尺寸保持在 110 nm 以下，以便具有机械性能，例如断裂韧性超过现有材料的当前性能。

氧化锆的抗拉强度随着氧化钇含量的变化而变化。

使用陶瓷材料的一个基本方面是它们有限的抗拉强度。当轴承安装在旋转轴上时，它会发生热膨胀，使其产生牵引力，如果超出材料的神话，就会导致其断裂。

抗拉强度随着氧化锆氧化钇含量的变化有类似图1所示曲线的趋势，最大值在3%mol（含量以mol%计）附近，抗拉强度值在600~800之间兆帕。

三、氧化锆轴承

以下是氧化锆轴承的基本性能

1、电气绝缘

2、导热系数低

3、高耐腐蚀和耐酸，HF 酸除外

4、中等摩擦力（HV>1400）

5、耐高温：

无保持架：«满装»：500 °C

带 PEEK 保持架：300 °C

带 PTFE 保持架：250 °C。

在任何有机产品燃烧的第一个较慢的加热斜坡之后，达到最佳烧结温度，然后进行受控冷却至室温。 烧结或烧制使粉末颗粒在不融化的情况下从其构象转变为固态。由温度激活的原子迁移使颗粒形成连接区域，然后膨胀形成一种结构，其中消除了颗粒之间的空隙（孔隙），从而获得非常高密度的结构。