ZrO2是一种高温耐火材料,熔点2680℃,但发生相变时伴随很大的体积收缩,这对高温结构材料是致命的。若加入CaO,则和ZrO2形成固溶体,无晶型转变,体积效应减少,使ZrO2成为一种很好的高温结构材料。
形成固溶体后,晶格结构有一定畸变,处于高能量的活化状态,有利于进行化学反应。如,Al2O3熔点高(2050℃),不利于烧结,若加入TiO2,可使烧结温度下降到1600℃,这是因为Al2O3与TiO2形成固溶体,Ti4+置换Al3+后,带正电,为平衡电价,产生了正离子空位,加快扩散,有利于烧结进行。
定义:固溶体的强度与硬度往往高于各组元,而塑性则较低,称为固溶强化。
固溶强化的特点和规律:固溶强化的程度(或效果)不仅取决与它的成分,还取决与固溶体的类型、结构特点、固溶度、组元原子半径差等一系列因素。
1)间隙式溶质原子的强化效果一般要比置换式溶质原子更显著。
2)溶质和溶剂原子尺寸相差越大或固溶度越小,固溶强化越显著。
固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化,但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元,而塑性则较低。
PbTiO3是一种铁电体,纯PbTiO3烧结性能极差,居里点为490℃,发生相变时,晶格常数剧烈变化,在常温下发生开裂。PbZrO3是一种反铁电体,居里点为230℃。两者结构相同,Zr4+、Ti4+离子尺寸相差不多,能在常温生成连续固溶体Pb(ZrxTi1-x)O3,x=0.1~0.3。在斜方铁电体和四方铁电体的边界组成Pb(Zr0.54Ti0.46)O3处,压电性能、介电常数都达到最大值,烧结性能也很好,被命名为PZT陶瓷。