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1.3 稳定氧化锆晶体结构
早在上世纪中叶，小尺寸t - ZrO2晶粒能在室温下稳定的现象就引起了关注。许多学者通过不同的实验方法对稳定机制进行了探讨，提出了多种解释。到目前为止，应用最为广泛的是表面能理论和氧空位理论。
1.3.1 表面能理论[5]
1965年 Garviet 最先提出t - ZrO2纳米晶在室温下稳定是由于表面能的作用，且存在稳定的临界尺寸低于临界尺寸的ZrO2纳米晶在室温以t相存在，反之以m相存在。由此 ，Garvie提出了相应的热力学模型 ：
Gm＋γmAm＝Gt＋γtAt (1)
A＝3M/ρ/γ (2)
G、y、A、r分别为化学自由能、表面能、比表面积、密度和晶粒半径，下标t和m代表四方相和单斜相。式(1)表明，对于单个晶粒，当m相和t相的自由能相等时，两相平衡。自由能由表面自由能和体积自由能组成，不考虑应变能。当晶粒尺寸比较大时，m相和t相体积自由能差大于表面能差，相稳定；晶粒尺寸减小，达临界值时，m相和t相的体积自由能差与表面能差平衡；晶粒尺寸小于临界值时，m和t相的表面能差克服体积自由能差，得t相在低温下稳定