氧化锆陶瓷因其具有高强度、高硬度和相变增韧等特性,已成为一种重要的工程材料,而其力学行为及变形机理成为相关学者研究的热点。本文基于纳米压入实验方法研究了氧化锆(Ce-TZP)陶瓷在压入过程中相变与其力学性能的关系,并通过分子动力学方法模拟了压入过程中压头尖端单斜氧化锆晶体的变形行为过程,对其变形过程中的原子组态和原子位错的变化情况进行了研究。(1)在连续刚度测量模式下,分别在不同应变率下等压入深度和等应变率不同压入深度条件下对Ce-TZP进行了纳米压入测试,根据Reuss理论推导出一种确定纳米压入过程中Ce-TZP中单斜相体积分数的方法,并结合XRD分析验证了其可靠性。结果表明,受压入过程中相变行为的影响,在加载阶段氧化锆表现出一定的应变率敏感性,相变增韧机制对其力学性能有显著影响;而其弹性模量的改变主要受t→m相变过程中所形成的单斜相影响,弹性模量和单斜相体积分数随着压入深度增加而呈相反的规律。在相同压深条件下,单斜相体积分数随着应变率增加而降低。(2)在Lewis等提出的对势理论和Wolf等提出的系统库伦势能理论的基础上建立氧化锆单斜晶体的分子动力学模型,用以模拟纳米压入实验过程中压头尖端单斜相氧化锆的变形及力学行为。结果表明压入过程中产生的载荷波动是由基体内部原子堆垛和位错变化引起;对单斜相晶体不同方向的压入会在其内部产生不同的滑移面,且在压入过程中载荷间断下降的原因也不相同。不同压入速率下载荷位移曲线在弹性段重合,在塑性段展现了一定的率相关性特征;低压入速率下由于应力驰豫P-h曲线会表现出明显的应变硬化和载荷波动现象。