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电子显微镜检测改良型氧化锆基材料的表面特性

破坏韧性与粒径检测分析

从图一知商用氧化锆之平均晶粒尺寸约从0.4μm成长至1μm的
尺寸大小，而改良型氧化锆约从0.25 nm成长至0.66μm的尺寸大
小，显示出改良型氧化锆比商用氧化锆有较小之平均晶粒尺寸，此
表示商用氧化锆在添加相结构调整剂铌酸钇后，能有效抑制其晶粒
成长。我们发现商用及改良型氧化锆之平均晶粒尺寸皆有随着烧结
温度升高而晶粒增大现象，其破坏韧性亦出现随烧结温度升高而增
加的趋势。图二为两材料在不同烧结温度下之破坏韧性值，分别是
商用者为7.489~8.938 Mpa*m1/2；改良者为6.01~12.753 Mpa*m1/
2。其中显示出试片经1400℃烧结温度的破坏韧性最小，但其晶粒尺
寸也最小；而改良型氧化锆1550℃烧结温度的试片，其晶粒尺寸已
成长至0.72μm，但其破坏韧性值却是最高，可高达14.7Mpa*m1/2，
其平均韧性值为13.62 Mpa*m1/2。这不同于一般的说法，所以可知
本材料系统并非晶粒尺寸最小时，破坏韧性值才最高。因此表示此
改良型氧化锆的机械性质，在添加相结构调整剂铌酸钇后，已有明显改变来达到临界晶粒尺寸以获最佳的破坏韧性机械性质。
商用及改良型氧化锆3Y-ZrO2+5mol%YNbO4于不同烧结温度1400℃~1600℃各烧结1小时试
片之经电子显微镜扫瞄至一万倍之显微组织，我们发现实验检测结果显示出，由于经不同烧结温度烧结后其粒径也不同，
不但晶粒随着烧结温度的升高而增大，而且发现气孔洞也有随着减少，
因此其晶粒的烧结会随着温度升高而较緻密，此与图二所示的破坏韧性出
现随烧结温度升高而增加的趋势相符合。这趋势表示改良型氧化锆
的机械性质，可藉由适当的烧结来达到临界晶粒尺寸及求其更緻密
来减少孔洞，提升氧化锆的机械性质。
二氧化锆会因晶粒粗大而表面能降低，而增加正方相转变成单
斜相的能力使韧性提高。一般相信晶粒尺寸变大，将造成相变变形
层较深[6]，因此实验结果如图2所示，由于晶粒尺寸大而表面能降
低，造成差排滑移较容易，这可用来提供大量的塑性变形以提高韧
性，因此显示韧性有随烧结温度提高而增加的趋势。