残余应力对涂覆Al2O3涂层的ZrO2陶瓷的强度和裂纹扩展阻力的影响(英文)

作者：李海燕; 郝鸿渐; 田远; 汪长安; 包亦望^*; 万德田^*

来源：无机材料学报, 2022, 37(04): 467-472.

• Al2O3-ZrO2预应力陶瓷
• 压应力
• 弯曲强度
• 损伤容限

本研究在ZrO2基体表面涂覆一薄层Al2O3涂层,利用基体与涂层之间热膨胀系数不匹配,在Al2O3-ZrO2预应力陶瓷(简称ACZS预应力陶瓷)表层引入压应力。采用维氏压痕法评价残余应力对ACZS预应力陶瓷的表层和基体中裂纹扩展阻力的影响。理论分析结合实验结果表明:表层的压应力使得ACZS预应力陶瓷的裂纹扩展阻力增大,最终导致强度和损伤容限提高;且ACZS预应力陶瓷表层的压应力和裂纹扩展阻力随着基体截面积与涂层截面积比值的增加而增大。当ZrO2基体表层的Al2O3涂层厚度为40μm时,表层压应力使ACZS预应力陶瓷的弯曲强度达到(1207±20)MPa,相比于同种工艺下制备的ZrO2陶瓷强度提高了32%,同时也是Al2O3强度的3倍。此外,ACZS预应力陶瓷也表现出很好的抗热震性能。

• 单位
  中国建材检验认证集团股份有限公司; 中国建筑材料科学研究总院; 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室; 清华大学; 材料学院