2023年11月4日，济南大学和山东工业陶瓷研究设计院有限公司的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Towards high strengthening efficiency of equiaxed and platelet-shaped alumina reinforced zirconia ceramics with textured microstructure using DLP-based stereolithography的研究论文，报道了基于DLP工艺的研究，旨在通过添加Al₂O₃等轴颗粒和血小板来增强ZrO₂陶瓷，制造具有高度水平纹理的ATZ陶瓷的可行性。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884223034715

  研究简介  

ZrO₂-Al₂O₃(ATZ)陶瓷因其良好的机械性能和91香蕉视频污在线观看相容性，在91香蕉视频污在线观看医学91香蕉视频超污中备受关注。但在结构陶瓷中，强度和韧性往往是相互矛盾的。该研究利用数字光处理技术，在ZrO₂基体中加入了高纵横比的Al₂O₃薄片和等轴颗粒，制备出具有明显晶体取向的新型织构化ATZ陶瓷。在不降低强度的情况下，织构化ATZ陶瓷的断裂韧性达到了16.9±0.8MPam^1/2，比未织构化ZrO₂陶瓷的断裂韧性提高了67.3%。这种提高主要得益于宏观层次的结构设计、等轴片状Al₂O₃颗粒和ZrO₂颗粒的耦合增韧作用。3D打印技术制备的片层结构可以有效地耗散能量。此外，双形态的Al₂O₃颗粒在ZrO₂基体的相变过程中产生裂纹偏转和裂纹分支，这是重要的微观增韧机制之一。

图1 悬浮粉末的微观形貌:(a)ZrO₂纳米颗粒;(b)Al₂O₃亚微米粉体;(c)Al₂O₃微血小板。

图2 粘度-剪切速率曲线(a)和剪切速率为30s^-1(b)时陶瓷浆料的粘度结果。

图3 (a)TG-DSC曲线和(b)坯体脱脂方案。(读者可参阅本文的网页版本，以了解该图例中有关颜色的解释。)

图4 不同Al₂O₃浓度ZrO₂陶瓷的XRD谱图。

图5 (a)线性收缩率和(b)相对密度。

图6 烧结试样自然截面的SEM图像:(a)P0M0;(b)P0M8;(c)P2M6;(d)P4M4;(e)P6M2;(f)P8M0。

图7烧结试样的显微组织:(a)P0M0;(b)P0M8;(c)P2M6;(d)P4M4;(e)P6M2;P8M0(f)。

图8 (a)P2M6的SEM图像和EDS图谱分析;(b)(a)中1号点的EDS谱;(c)(a)中2号点的EDS谱。

图9 烧结试样中ZrO₂和Al₂O₃-MP的晶粒尺寸分布:(a)P0M0;(b)P0M8;(c)P2M6;(d)P4M4;(e)P6M2;P8M0(f)。

图10 不同成分陶瓷试样的断口形貌:(a)P0M0;(b)P0M8;(c)P2M6;(d)P4M4;(e)P6M2;(f)P8M0

图11 SENB测试后烧结试样的断裂路径:(a)P0M0;(b)P0M8;(c)P2M6;(d)P4M4;(e,f,g)P6M2;P8M0(h)。

图12 P6M2中裂纹扩展的细节，显示了多重增韧机制。

 研究结论 

采用DLP技术成功制备了新型微细织构化ATZ陶瓷，并研究了不同体积分数Al₂O₃-PL和Al₂O₃-MP对ATZ陶瓷的增强分布、微观结构发展、力学性能及相应的增韧机理。

实验结果显示，随着血小板含量的增加，黏度降低。显微结构证实了晶粒中片状物的有效排列和择优取向控制，Al₂O₃等轴颗粒和片状物在ZrO₂基体中均匀分布。在各个样本中，P0M8的相对密度最高，随着血小板体积分数的增加，密度逐渐下降。同时，硬度值随相对密度的增加而增加。

值得注意的是，在不降低强度的情况下，含有15vol%Al₂O₃-PL和5vol%Al₂O₃-MP的试样的断裂韧性达到16.9±0.8MPam1/2，比单片ZrO₂提高了67.3%。这归因于宏观层状结构、等轴状和片状Al₂O₃颗粒以及纳米ZrO₂颗粒的协同作用，能有效提高力学性能和断裂韧性。3D打印的层状结构能够有效地耗散能量和重新分布应变。等轴状和片状Al₂O₃颗粒的存在使得裂纹偏转和分支变得显著，同时伴随着ZrO₂基体相变的增韧效应。这项研究提供了一种有前景的方法，可以用于制造具有显著增韧效果的复杂形状陶瓷材料。