ZrO2的晶型转变
单斜ZrO2
≈1 473K ≈1 273K
四方ZrO2
2 643K
立方ZrO2
立方和四方ZrO2的力学性能和杭热震性能优于单斜 相。 将立方相或四方相ZrO2保待至室温的方法
降低ZrO2的晶粒尺寸。 加入第二相氧化物以稳定ZrO2 。
ZrO2的相变增韧
陶瓷材料产生较大脆性的原因？ 相变增韧
σ=
K1C Y L
利用部分稳定ZrO2存在于陶瓷基体里，在一定温度范围内可发 生由四方相向单斜相的晶形转变（伴有3-5%的体积变化）， 通过微裂纹机制及应力诱导相变机制来改善陶瓷的强度和韧 性。 微裂纹机制 应力诱导相变机制
2.5 Ca2SiO4 (C2S)和Ca3SiO5 (C3S)的晶型转变 和水泥生产工艺控制
γ -C2 S
798 K
998 K
′ αL -C2 S
943K
1 433 K
′ αH -C2 S
1 K
液相
β–C2S
在硅酸盐水泥熟料烧成时，必须采 取急冷的工艺手段，使高活性的βC2S以介稳的形式保存下来。
表2–1
SiO2晶型转变时的体积变化
计算 采取 的温 度/K 1 273 1 273 1 273 1 273 在该温 度下转 变时的 体积效 应/% 计算 采取 的温 度/K 846 390 436 423 在该温度 下转变时 的体积效 应/% +0.82 +0.2 +0.2 +2.8
重构式转变
位移式转变
重构式转变
会引起化学键的断开以及原子的重新 组合，重新形成新的结构，所需能量 较大，转变过程较慢。
2.3 SiO2的晶型转变和应用
SiO2一元相图
由克劳修斯-克拉佩龙方程判断转变时的体积变化
dp ∆H = dT T∆V
ΔH：相变热效应 ； ΔV：体积变化
从低温变体向高温变体转变时，为吸热过程，ΔH为正值，若相图 上曲线的斜率（dp/dT）也为正值，则ΔV为正值，即体积膨胀。
可逆晶型转变
特点：晶型转变温度低于两 种变体的熔点
不可逆晶型转变
特点：晶型转变温度高于两 种变体的熔点
2.2 位移式与重构式晶型转变
位移式转变
不破坏化学键，可通过原子位置的微小位 移或键角的转动来实现，转变速度较快。 一级配位：最近邻 原子之间的键合 二级配位：次近邻 原子之间的相互作 用
(a)α–方石英；(b)α–鳞石英；(c)β–石英
第二章 相变（一）晶形转变及其控制方法
介稳态的概念
晶型转变
当外界条件改变时，化学组成相同，晶体结构不同的 同质异构体（变体）之间发生的相互转变。
BaTiO3
2.1 可逆与不可逆晶型转变
对于单元系统，各种变体的吉布 斯自由能G均服从下面这个关系 式： G=U+pV-TS
低温时，G由内能决定 高温时，TS项的影响重要
α–石英→α–鳞石英 α–石英→α–方石英 α–石英→石英玻璃 石英玻璃→α–方石英
+16.0 β–石英→α–石英 +15.4 γ–鳞石英→β–鳞石英 +15.5 β–鳞石英→α–鳞石英 +0.9 β–方石英→α–方石英
2.4 ZrO2的晶型转变和陶瓷增韧
ZrO2陶瓷材料的主要特点及应用领域
是最耐高温的氧化物之一（熔点2680℃），具有很好 的热稳定性。 作为一种高温固体电解质，可用来做氧敏感传感器和 高温发热元件等。 用于高温结构陶瓷的增韧。 部分稳定氧化锆具有高的硬度和耐磨性，广泛用于耐 磨介质领域 。