氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷制备及性能研究
氧化铝陶瓷基复合材料概述
概述了氧化铝陶瓷基复合材料，并且对其一般的生产工艺金属间、氧化铝陶瓷基复合材料以及其应用领域作了介绍，前言氧化铝(AI2O3)陶瓷材料具有耐高温、硬度大、强度高、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能，是目前氧化物陶瓷中用途最广、产量最大的陶瓷新材料。
但是与其他陶瓷材料一样，该陶瓷具有脆性这一固有的致命弱点，使得目前AI2O3陶瓷材料的使用范围及其寿命受到了相当大的限制。
近年来,在氧化铝陶瓷中引入金属铝塑性相的AI/AI2O3陶瓷基复合材料是一个非常活跃的研究领域。
概述金属间化合物的结构与组成它的两组元不同，具有序的超点阵结构，各组元原子占据点阵的固定位置，最大程度地形成异类原子之间结合。
由于其原子的长程有序排列以及金属键和共价健的共存性，有可能同时兼顾金属的较好塑性和陶瓷的高温强度。
在力学性能上，有序金属间化合物填补了陶瓷和金属之间的材料空白区域。
有序金属间化合物中，Ti - Al、Ni - AI、Fe - AI和Nb-AI系等几个系列的多种铝化物更是特别受到重视。
这些铝化物具有优异的抗氧化性、抗硫化腐蚀性和较高的高温强度，密度较小，比强度较高。
由于在空气中铝粉极易氧化而在表面形成AI2O3钝化膜，使AI粉和AI2O3颗粒之间表现出很差的润湿性，导致烧结法制备AI/AI2O3陶瓷材料烧结困难，影响复合材料的机械性能［5］。
挤压铸造和气压浸渍工艺浸渍速度快，但是预制体中的细小空隙很难进一步填充［6］，而后发展的无压渗透工艺操作复杂，助渗剂的选择随意，且作用机理复杂，反而增加了工艺控制难度［7］。
20世纪80年代初，美国Lanxide公司提出了一种制备陶瓷基复合材料的新工艺定向金属氧化技术(DirectedMetal Ox-idation,简称DMOX)。
该工艺是在高温下利用一定阻生剂限制金属熔体在其他5个方向的生长，使金属熔体与氧化剂反应并只单向生长即定向氧化。
采用该方法制备的Al/ AI2O3陶瓷材料在显微结构上表现为由立体连通的-AI2O3基体与三维网状连通的残余金属和不连续的金属组成，由于AI2O3晶间纯净，骨架强度高于烧结、浸渍等工艺制得的同类材料的强度［9］同时，三维连通的金属铝具有良好的塑性，从而使该复合材料具有更为良好的综合机械性能。
氧化锆
7.3.2 氧化锆陶瓷
TZP PSZ FSZ
7.3.2.1 氧化锆晶体结构与相结构
m-ZrO2 (5.65) 1000℃ t-ZrO2(6.10) 2370℃ c-ZrO2(6.27)
2000
C
T 1000
99％ZrO2 950℃预烧
T+C
M
M+C
1000
1200
图7.3 ZrO2的差热分析曲线
7.3.2.3 稳定氧化锆制备
为了改善工艺性能可以采用在不同温度下稳定化的混合粉为原料，例如 将高于1700℃稳定的粉料与1450℃稳定的粉料混合，加入适当的粘合剂，采 用注浆成型后在中性或者氧化性气氛下1650℃－1850℃保温2－4hr烧成，粗 颗粒多则体积收缩小，细颗粒多，则产品密度高。有时为了降低烧结温度， 加入Al2O3。 由于稳定氧化锆具有很高的膨胀系数，为了提高制品的抗热震性，有时 加入部分稳定的氧化锆或在稳定的氧化锆中加入未稳定的氧化锆配料。
氧化锆陶瓷刀具
氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、 不会与食物发生反应的特点，同时刀体光泽如玉，是当今世界理想的高科技绿色 刀具，目前市场主要产品有：氧化锆陶瓷餐刀、剪刀、剃须刀、手术刀等，近几 年在欧、美、日、韩等地已开始流行。
7.3.2.5 部分稳定的氧化锆
粉末制备工艺： 部分稳定氧化锆对原料颗粒有较严格的要求，一般用液相法制备粉末 氧化钇含量一般3～4mol％。
密度 抗热震温差ΔT/℃
5.75 300
5.7 500
部分稳定氧化锆陶瓷的制备 采用高纯超细粉末，含3-4的Y2O3稳定剂，经造粒、成型、在空气 或者氧化气氛下1450-1700℃烧结，为了防止晶粒长大，尽可能采 用较低的烧结温度。温度过低成瓷性能差，温度过高变形大，韧性 差。
氧化铝陶瓷
溶剂干燥法
喷雾热分解法是将铝盐Al (NO3) 3 、碳酸铝铵 (NH4AlO(OH) HCO3) 等溶液用喷雾器喷入到 高温的气氛中,溶剂的蒸发和Al (NO3) 3 的热 分解同时迅速进行,从而直接制得40～150nm 的α- Al2O3 或γ- Al2O3 粉末。该法制备能力大, 操作较为简单,但Al (NO3) 3 热分解时产生大 量的氮氧化物,环境污染给工业化生产带来一 定困难。
络合物一凝胶法
近年来也有较多采用络合物一凝胶法,即用铝的无机盐和有机络合剂制备 出金属络合物溶胶,再陈化得凝胶,碾碎、煅烧得稳定氧化铝细粉。利用这 种方法分别得到14nm 和10nm 的球形氧化铝粒子,并且无明显团聚现象。 在Al (NO3) 3 溶液中加入丙烯酰胺单体、N ,N′- 亚甲基丙烯酰胺网络剂, 在80 ℃聚合获得凝胶,经过干燥、煅烧得10nm的α- Al2O3 粉体。该方法 是在室温附近的湿化学反应,其优点是能用分子水平设计来控制材料的均 匀性及粒度,得到高纯超细材料,缺点是原料价格高,有机溶剂有毒性,以及 在高于1200 ℃处理粒子会快速凝聚。通过调节工艺条件, 可制备出粒径 小、分布窄的纳米级Al2O3 ,并会因条件不同得到不同产物AlO(OH)非晶 体及晶体粉末或透明的溶胶。在制备工艺中,加入羟丙基纤维素等具有不 同亲水疏水能力的分散剂能有效地破坏羟桥网络结合,可使凝胶粒子表面 改性,达到乳化溶液和分散胶粒的目的,从而避免凝胶粒子团聚。
氧化铝的应用
随着科学技术的发展及制造技术的提高,氧化 铝陶瓷在现代工业和现代科学技术领域中得 到越来越广泛的应用。
1) 机械方面。有耐磨氧化铝陶瓷衬砖、衬板、 衬片,氧化铝陶瓷钉,陶瓷密封件(氧化铝陶瓷 球阀) ,黑色氧化铝陶瓷切削刀具,红色氧化铝 陶瓷柱塞等。
氧化锆增韧
应力诱导相变增韧
含有部分t-ZrO2陶瓷在 受到外力作用时微裂纹尖端 产生张应力，松弛了四方相 所受的压应力，微裂纹表面 有一层四方相转变为单斜相。 由于单斜相产生7%左右的 体积膨胀和剪切应变导致压 应力，不仅抵消了外力造成 的张应力而且阻止进一步的 相变。
相变诱发微裂纹增韧
四方相转变为单斜相时体积膨胀导致的微裂纹, 四方相转变为单斜相时体积膨胀导致的微裂纹,能在裂 纹扩展过程中吸收能量，减少主裂纹的应力集中，起到提 高断裂韧性的作用。
氧化锆晶型转变
单斜m-ZrO2
1170℃ 170 950℃ 950℃
四方t-ZrO2
2370℃ 2370℃ 2370℃ 2370℃
立方c-ZrO2
单斜相和四方相之间相互转化
在低温下锆离子趋向于形成配位数小于8的结构，即 单斜相。 纯ZrO2烧结冷却时ｔ→ｍ相变为无扩散相变，伴 随产生约７％的体积膨胀和相当大的剪切应变（约８％）； 相反，在加热时，由ｍ→ｔ相变，体积收缩。
ZrO2 Y2O3 2YZr ‘ +3 Oo + VO • • →
根据稳定程度不同，氧化锆相变增韧陶瓷 有三种类型，分别为：
部分稳定氧化锆陶瓷(partially stabilized zirconia， PSZ) 四方氧化锆多晶体陶瓷(tetragonal zirconia polycrystal，TZP) 氧化锆增韧陶瓷(Zirconia Toughened Ceramics，ZTC)
表面强化增韧
表面强化增韧陶瓷材料的断裂往往是从 表面拉应力超过断裂应力开始的。由于ZrO2 陶瓷烧结体表面存在基体的约束较少，tZrO2容易转变为m-ZrO2，而内部t-ZrO2由于 受基体各方向的压力保持亚稳定状态。因此 表面的m-ZrO2比内部的多，而转变产生的体 积膨胀使材料表面产生残余的压应力，可以 抵消一部分外加的拉应力，从而造成表面强 化增韧。
氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷 氮化硅陶瓷
氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷是现代工业中应用较为广泛的特种陶瓷材料，它们具有优异的性能，被广泛用于高温、高压、耐磨、绝缘、耐腐蚀等领域。
下面将对这三种陶瓷材料进行介绍和比较。
一、氧化铝陶瓷1.1 氧化铝陶瓷概述氧化铝陶瓷是由氧化铝粉末制成，在高温下烧结而成的一种陶瓷材料。
它具有高硬度、耐磨、高温稳定性、化学稳定性等优点，被广泛用于制造工具、轴承、夹具、瓷砖等领域。
1.2 氧化铝陶瓷的特性氧化铝陶瓷具有以下特性：（1）高硬度：氧化铝陶瓷的硬度接近于金刚石，具有优异的耐磨性。
（2）高温稳定性：氧化铝陶瓷在高温下仍能保持稳定的物理和化学特性。
（3）化学稳定性：氧化铝陶瓷具有良好的耐腐蚀性，不易受化学腐蚀。
（4）绝缘性能：氧化铝陶瓷具有良好的绝缘性能，被广泛用于电子元件等领域。
1.3 氧化铝陶瓷的应用氧化铝陶瓷被广泛用于制造高速切削工具、陶瓷轴承、导热陶瓷、电子元件等领域。
因其优异的性能，在航空航天、制造业、电子领域有着重要的应用价值。
二、氧化锆陶瓷2.1 氧化锆陶瓷概述氧化锆陶瓷是以氧化锆粉末为主要原料，经过成型、烧结等工艺制成的一种高性能陶瓷材料。
它具有高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀等特点，被广泛用于医疗器械、航空航天及其他领域。
2.2 氧化锆陶瓷的特性氧化锆陶瓷具有以下特性：（1）高强度：氧化锆陶瓷的抗弯强度和抗压强度较高。
（2）高韧性：氧化锆陶瓷在高强度的同时具有较高的韧性，不易发生断裂。
（3）耐磨性：氧化锆陶瓷表面光滑，耐磨性能优秀。
（4）耐腐蚀性：氧化锆陶瓷具有良好的耐腐蚀性，不易受化学物质的侵蚀。
2.3 氧化锆陶瓷的应用氧化锆陶瓷被广泛用于医疗器械、航空航天、化工设备等领域。
其在人工关节、瓷牙、高温热电偶等方面有着重要的应用。
三、氮化硅陶瓷3.1 氮化硅陶瓷概述氮化硅陶瓷是以氮化硅粉末为主要原料，经过成型、烧结等工艺制成的一种高性能陶瓷材料。
它具有高硬度、高强度、高热导率等特点，被广泛用于机械制造、光学工业等领域。
第四章氧化铝和氧化锆
NPU
透明氧化铝陶瓷的烧成温度较高,一般在1750 ℃～1850 ℃左右,并且须要在氢气或 真空条件下烧成。由于真空炉一般为间断操作,不能连续生产,所以都采用氢气氛烧成。 氢的原子半径小,扩散速度快,气孔容易从坯体中排除而形成高透明体陶瓷。
残留的塑化剂或者环境坩锅以及加热元件等引入的微量杂质都有可能导致 其透明性降低。因此要严格控制其烧结条件和周围环境的纯净。
NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY
NPU
Mo－Mn 烧结法
W、Mo等难熔金属与氧化铝热膨胀系数接近，相差仅2-3×10-6，具有良 好的热稳定性。其烧结性能也与氧化铝接近，相互适应性良好。
NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY
NPU
氧化铝陶瓷烧结时通过扩散完成材料的致密化过程，由于氧化铝陶瓷具有较强 的离子键，从而导致其质点扩散系数低（Al3+ 在1700℃时扩散系数仅10-11cm/s）、烧 结激活能大，因此在烧结时需要较高的烧结温度。通常，采用2 条途径来降低其烧结温 度. 1、通过改进粉体制备工艺以获得超细颗粒、无团聚、以及分散均匀的具有良好 烧结活性的粉体，来达到促进材料致密化的目的。然而这些方法目前常局限于实验室 范围内，原因是制备工艺复杂，同时制备成本较高。 2、引人适量的烧结助剂，即在材料中添加合适的外加剂，通过与基体生成液相 或固溶体, 加强扩散, 以达到促进材料致密化并降低烧结温度的目的，这种方法在陶瓷 领域的工业生产中被广泛采用。
TZP PSZ FSZ
7.3.2.1 氧化锆晶体结构与相结构
m-ZrO2 (5.65) 1000℃ t-ZrO2(6.10) 2370℃ c-ZrO2(6.27)
氧化锆陶瓷技术
氧化锆陶瓷技术氧化锆陶瓷技术是一种高性能材料制备技术，其优越的性质使其在医疗、电子、能源、航空等领域有着广泛应用。
作为一种重要的陶瓷材料，氧化锆具有耐高温、抗拉伸强度高、耐腐蚀等优良性能，随着技术的发展，其制备成本也有了明显的降低。
本文将对氧化锆陶瓷技术进行详细的介绍。
一、氧化锆陶瓷制备技术氧化锆陶瓷制备技术的一般过程包括原料制备、成型、烧结和机械加工。
其中，原料制备主要有粉末合成和化学沉淀两种方法。
粉末合成采用了金属氯化物和碳酸盐为原料，通过高温煅烧获得氧化锆粉末。
化学沉淀法是将氧化钠与氯化锆在水溶液中进行反应，沉淀后得到氧化锆粉末。
成型方式主要有压制、注塑成型、离心成型、挤压成型等多种方法。
烧结是指将成型的氧化锆陶瓷在高温下进行烧结，使其变得坚硬；机械加工是为了获得所需的形状和尺寸，包括磨削、抛光、车削等。
二、氧化锆陶瓷技术的应用1、医疗领域氧化锆陶瓷用于制作牙齿修复器和植入式人工关节，具有优异的生物相容性、抗氧化性和耐腐蚀性，耐磨损性强，能够保证植入体的长期使用。
2、电子领域氧化锆陶瓷可用于制作高电容电子元器件，在电力电子设备中应用广泛，具有高介电常数、低损耗、高绝缘性、稳定性高的特点。
3、能源领域氧化锆陶瓷用于制作全氧离子导体和固体氧化物燃料电池，对提高燃料电池的效能是很有帮助的。
4、航空领域氧化锆陶瓷具有高温下的抗拉伸强度和抗高温腐蚀性能，可以用于制作高温航空部件和发动机叶片等，是航空领域中的重要材料之一。
三、氧化锆陶瓷的优势1、抗压强度高氧化锆陶瓷材料的抗压强度远高于其他陶瓷材料，具有很好的机械强度。
2、抗磨损性好氧化锆陶瓷的抗磨损性非常强，比其他陶瓷材料耐用数倍甚至数十倍。
3、耐高温性能好氧化锆陶瓷的耐高温性能非常好，可以用于高温设备和高温环境下的零件，可以在1200℃以下长期使用。
4、化学稳定性高氧化锆陶瓷材料不易与化学物质反应，具有良好的化学稳定性，不会受到腐蚀。
综上所述，氧化锆陶瓷技术是一种十分重要的制备技术，其具有优良的性质和广泛应用领域，对于发展国家产业具有重大意义。
【精品文章】氧化铝、氧化锆等生物惰性陶瓷性能对比
氧化铝、氧化锆等生物惰性陶瓷性能对比
生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定、生物相容性好的陶瓷材料。
而生物相容性是指生物材料植入体内后，机体对植入物发生的反应。
迄今为止，还没有一种材料是完全惰性的物质，所以，相容性是相对的。
现有的惰性生物陶瓷有氧化铝、氧化锆以及医用碳素材料等。
这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键合力较强，而且都具有较高的强度、耐磨性及化学稳定性。
1、氧化铝生物陶瓷
植入材料中的氧化铝是一种一直使用得很满意的实用生物材料。
单晶氧化铝c 轴方向具有相当高的抗弯强度（1300MPa），耐磨性能好，耐热性好，可以直接与骨固定。
已被用作人工骨、牙根、关节和固定骨折用的螺栓。
并且该螺栓不生锈，也不会溶解出有害离子，与金属螺栓不同，勿需取出体外。
60年代后期，广泛用作硬组织修复。
70年代至80年代中期，世界许多国家如美国、日本、瑞士等国家，都对氧化物陶瓷，特别是氧化铝生物陶瓷进行了广泛的研究和应用。
由于氧化铝陶瓷植入人体后表面生成极薄的纤维膜，界面无化学反应，多用于全臀复位修复术及股骨和髋骨部连接。
但是氧化铝也存在几个问题：1、与骨不发生化学结合，时间长后骨固定会发生松弛；2、机械强度并不十分高；3、杨氏模量过高（380GPa）；4、摩擦系数和磨耗速度不十分低。
▲高纯氧化铝生物陶瓷人体关节头
2、氧化锆生物陶瓷。
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氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷制备及性能研究邓茂盛【摘要】本实验以纳米3Y-TZP和微米Al2O3为主要原料,采用常压烧结法制备致密的纳米ZTA复相陶瓷材料.当3Y-TZP含量为30wt％时,其相对密度达到最高,如烧结温度为1 400℃,试样的相对密度高达96.35％.在烧结温度范围内,试样中的颗粒会随着烧结温度的升高而增大,Al2O3颗粒随着3Y-TZP含量的增加而变小.纳米级的3Y-TZP颗粒会形成“内晶型”结构.在烧结温度为1 450℃时,含30wt％3Y-TZP的试样抗弯强度高达441.22 MPa.【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】6页(P30-35)【关键词】复相陶瓷;烧结温度;晶相组成;抗弯强度;硬度【作者】邓茂盛【作者单位】榆林市新科技开发有限公司陕西榆林718100【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75氧化铝陶瓷材料是现代无机非金属材料中的一个重要组成部分，其具有其它许多材料所没有的优良的性能。
然而，由于氧化铝陶瓷存在室温强度低、断裂韧度差、脆性大的缺点，使其应用范围受到一定的限制[1]。
而氧化锆具有好的断裂韧性，其可以通过相变增韧来提高材料的力学性能，人们根据此原因研制出氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷[2]。
近年来，纳米复合材料的研究成为材料科学领域的一个热点，尤其是以氧化铝为基体的陶瓷[3]。
ZTA复相纳米陶瓷逐渐发展起来，利用相变增韧和第二相纳米颗粒增韧的叠加作用来改善Al2O3力学性能，被广泛应用于各项领域。
本研究是以纳米3Y-TZP和微米Al2O3为原料，采用液相烧结方式制备3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷。
在最佳烧结条件下，研究不同含量的纳米3Y-TZP对3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷的致密化、相组成、显微结构以及力学性能的影响，并对其复相陶瓷的增韧机理进行探讨。
1 实验内容1.1 实验原料实验所用的原料如表1所示。
表1 实验所用的原料表名称化学式生产厂家纯度八水氧氯化锆ZrOCl2·8H2O国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.0%六水硝酸钇Y(NO3)3·6H2O国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.0%二氧化钛TiO2国药集团化学试剂有限公司化学纯,纯度≥98.0%二氧化锰MnO2天津市福晨化学试剂厂分析纯,纯度≥85.0%氧化铝Al2O3浙江省乐清市超微细化工有限公司—无水乙醇C2H5OH国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.7%氨水NH3·H2O天津市福晨化学试剂厂分析纯,氨含量25%～28%聚乙二醇1000H(OCH2CH2)nOH国药集团化学试剂有限公司化学纯PVA[C2H4OCH]n自制5g/100ml去离子水H2O自制—1.2 试样的配方样品的编号采用以下方式：以组份中的质量百分比进行编号。
如：ZTA10表示Al2O3∶3Y-TZP质量比为90∶10，添加剂MnO2和TiO2的含量各为1wt%。
不同配方的ZTA如表2所示。
表2 外加烧结助剂的ZTA样品组成(质量%)编号3Y-TZPAl2O3MnO2TiO2ZTA10109011ZTA20208011ZTA30307011ZTA40406011 1.3 试样的制备工艺1.3.1 纳米3Y-TZP粉体的制备1)用电子天平称量一定量的ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O晶体，分别用容量瓶配制成0.1 mol/L的水溶液。
2)用量筒量取一定体积的ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O水溶液，两种溶液按97∶6均匀混合，并加入一定量的PEG。
用磁力搅拌器搅拌至PEG全部溶解。
3)取一定体积上述配制好的混合溶液逐滴滴加至一定浓度的氨水中，将氨水置于磁力搅拌器上搅拌。
4)混合溶液滴加完成后，继续搅拌30 min后，再静置30 min。
5)利用抽滤机过滤出烧杯中的乳白色沉淀物，然后先用去离子水洗涤6遍，再用无水乙醇洗涤3遍。
最后将沉淀物放入微波炉中微波干燥。
6)将微波干燥好的颗粒用研钵磨成粉体，再将粉体放入高温炉中在600 ℃下煅烧。
1.3.2 配料利用电子天平，根据所需原料的量称量纳米3Y-TZP粉末、Al2O3粉末、TiO2和MnO2，并混合在一起。
1.3.3 球磨混合将配好的混合料、水、磨球按一定的比例加入到球磨罐中，同时再加入5wt%自配的PVA溶液。
将球磨罐放在球磨机上，球磨12 h。
然后将浆料倒入坩埚，用去离子水冲洗若干次。
1.3.4 干燥将所得的浆料放入干燥箱中，在100 ℃下烘干，取出后用研钵研磨，然后用40目筛过筛，得到所要的粉料。
1.3.5 压制试样取一定量的粉料放入不锈钢模具中，经电动液压制样机单向加压，压制成5mm×7 mm×50 mm的长方形块体。
压力为100 MPa，保压时间为30 s。
1.3.6 烧结把成形后的素坯，按照实验设定的烧结制度进行烧制：从室温～200 ℃加热时间为0.5 h，在200 ℃保温0.5 h，然后加热速度为5 ℃/min，直到样品达到最终的烧结温度后，保温2 h，关闭电炉，切断电源，样品随炉冷却。
本次实验选择的温度为1 300 ℃、1 350 ℃、1 400 ℃、1 450 ℃。
1.3.7 取样将随炉冷却的试样取出进行标号，即标上ZTA10、ZTA20、ZTA30、ZTA40，并且标上烧结的最高温度，然后进行试样检测。
1.4 实验测试对试样的测试包括结构组成的测试和性能的测试，具体有密度测量、物相分析、扫描电镜、抗弯强度和硬度。
2 实验结果与讨论2.1 相对密度表3为不同3Y-TZP含量的试样在不同烧结温度下的密度。
表3 不同3Y-TZP含量的试样在不同烧结温度下的密度(g/cm3)编号理论密度1300℃1350℃1400℃1450℃ZTA104.143.05123.66043.93634.0592ZTA204.3 03.17863.73974.08764.2161ZTA304.453.48304.06224.28774.3619ZTA404.6 33.50604.11644.36384.5025研究表明，由于团聚、颗粒分散、成分梯度以及烧结应力等的影响，第二相颗粒的引入将阻碍材料的致密化，从而使ZTA复相陶瓷的烧结温度较高。
加入适量的烧结助剂，如TiO2、MnO2，利用其在高温时会形成晶间液相而促进物质的扩散及传输，从而降低材料的烧结温度。
图1为ZTA复相陶瓷在不同烧结温度下的相对密度。
由图1可知，ZTA复相陶瓷试样的相对密度随着烧结温度的升高而增大。
在1 300 ℃时，ZTA40的相对密度为75.72%；1 350 ℃试样的相对密度达到88.91%；当烧结温度上升到1 450 ℃时，其相对密度高达97.26%。
在不同烧结温度的SEM图(图5)可以明显的看出，随着烧结温度的升高，颗粒粒径逐渐变大，气孔减少，颗粒粒径的增大及气孔的减少有助于提高试样的相对密度。
烧结温度为1 300～1 350 ℃，试样的相对密度的升高幅度较后面温度升高时的变化更大。
由TiO2-MnO2的二元相图可知，当TiO2∶MnO2=1∶1(质量比)时，它们会在1 350 ℃左右形成液相，液相的出现能够促进物质的传输及扩散，使试样更加致密。
因此在1 300～1 350 ℃，试样的相对密度变化幅度很大。
图1 ZTA复相陶瓷在不同烧结温度下的相对密度烧结温度的高低直接影响颗粒尺寸、液相的组成、含量以及气孔的形貌和数量。
烧结温度决定了陶瓷的显微结构和相组成。
烧结温度的升高，一方面能够为粒子提供足够的能量，使其在形成ZTA陶瓷能够跨过势垒；另一方面温度升高，从而增大扩散系数，有利于粒子的运动和物质交换，从而使烧结试样致密化。
图2为ZTA复相陶瓷在不同3Y-TZP含量下的相对密度。
由图2可知，ZTA复相陶瓷的相对密度随着3Y-TZP的含量的增加呈现先增大后减小的变化。
开始时，试样的相对密度会随着3Y-TZP含量的增加而升高，当3Y-TZP含量为30%，即为ZTA30时，相对密度最高，在烧结温度为1 450 ℃时相对密度为98.02%。
而当3Y-TZP的含量为40%，试样的相对密度反而开始下降，烧结温度为1 450 ℃时试样的相对密度为97.26%。
从图6(不同3Y-TZP含量ZTA的SEM图)可以看出，纳米级3Y-TZP主要分布在Al2O3颗粒的晶间，晶间分布的3Y-TZP能够提高材料的致密性。
随着3Y-TZP含量的增加，Al2O3颗粒粒径逐渐减小，是因为晶间分布的3Y-TZP颗粒抑制了基体颗粒的长大，而细小的颗粒则不利于材料的致密化。
在这两种因素的共同作用下，在一定的烧结温度下，试样的相对密度就随着3Y-TZP含量的增加先增大后减小。
图2 ZTA复相陶瓷在不同3Y-TZP含量下的相对密度2.2 XRD分析图3 不同3Y-TZP含量试样粉体的XRD图对ZTA复相陶瓷混合粉体进行X射线衍射分析。
图3是3Y-TZP含量为0、10wt%、20wt%、30wt%、40wt%试样粉体的XRD图。
由所得的图谱与标准图谱对比可知，在试样粉体中，主要的物质为Al2O3和ZrO2。
虽然粉体中还含有其它物质，但是由于Y2O3、TiO2、MnO2等的含量较少，因此其无法在XRD图谱中明显的显现出来。
且根据图谱分析能够知道试样粉体中的Al2O3为α-Al2O3，在2θ为35°、50°、60°等左右分别会出现双特征峰，因此可以说明复合粉体中的ZrO2为四方相ZrO2，不存在单斜相的氧化锆。
Y2O3可稳定ZrO2，使其高温晶相(四方相)在常温下得以保留，因此3Y-TZP粉体中不含单斜相的氧化锆。
如图3所示，t-ZrO2的特征峰的峰强度随着3Y-TZP含量的增加而增大(其中在2θ为35°的峰与Al2O3的特征峰重叠，其峰强度的变化以Al2O3的变化为主)，Al2O3的特征峰的峰强度随着Al2O3的减少而变小。
图4是烧结温度为1 450 ℃时ZTA陶瓷断裂面的XRD图，表4为试样断面处的单斜相ZrO2体积含量。
由图4可知，试样中存的物相为α-Al2O3、t-ZrO2、m-ZrO2。
图4 1 450 ℃烧结温度ZTA陶瓷断裂面的XRD图表4 m-ZrO2体积含量(%)ZTA10ZTA20ZTA30ZTA405.878.989.7712.98由图4的相组成成分分析表明，在试样的断裂面出现了单斜相的ZrO2，因此可推断试样发生了四方氧化锆应力诱导相变。
在烧结温度为1 450 ℃，ZTA10的单斜相含量为5.87%时，其四方氧化锆相变的含量为5.87%。
试样在受到外加应力时，会产生四方氧化锆马氏体相变，此相变过程中会伴随着体积和形状的变化，能吸收能量，减缓裂纹尖端应力集中，阻止裂纹的扩展，从而提高ZTA复合陶瓷的力学性能。