飞秒激光无裂纹织构化氧化锆复合材料：通过预烧结陶瓷织构与微裂纹自愈合技术实现强度与性能协同提升

本综述创新性地提出了一种在预烧结氧化锆陶瓷（ATZ）表面进行飞秒激光织构化的新方法，通过后续烧结过程实现微裂纹自愈合，成功制备出无裂纹的表面织构陶瓷。该方法突破了激光表面处理必然导致强度下降的传统认知，使织构化陶瓷特征断裂强度达890 MPa，媲美未处理陶瓷（914 MPa），同时保持优异的水热老化抗性（hydrothermal aging resistance），为牙科种植体等对表面形貌和力学性能有双重要求的生物医学应用提供了关键技术突破。

　　

Highlight

通过激光处理预烧结陶瓷而非完全致密陶瓷，成功实现表面微裂纹在最终烧结过程中的自愈合，结合氧化铝片晶引发的裂纹偏转增韧和降低氧化钇含量增强的相变增韧（t-m ZrO₂ transformation toughening），显著提升了陶瓷的损伤容限。

Ceramic preparation and laser surface-treatment

该氧化铝增韧氧化锆基复合材料（ATZ）包含0.4 mol% La₂O₃、2 mol% Y₂O₃、3 wt% Al₂O₃片晶和17 wt% Al₂O₃颗粒。相较于传统3Y-TZP陶瓷，其通过氧化铝片晶实现裂纹偏转增韧，并通过降低钇含量增强相变增韧效果。采用21 nm初级粒径的2 mol%氧化钇稳定氧化锆粉末...

Laser scanning of pre-sintered ceramics

图1(a)展示了激光织构过程示意图，图1(b)(c)呈现了1200°C预烧结陶瓷表面经1000 mm/s (L1)和500 mm/s (L2)扫描速度处理后的SEM图像。较低扫描速度（L2）导致更高能量积累和更宽影响区。为避免激光轨迹重叠并确保表面均匀性...

Conclusion

总之，通过对预烧结表面进行激光加工，开创了无裂纹陶瓷激光织构化方法。结合t-m ZrO₂相变和裂纹偏转实现的ATZ陶瓷复合增强增韧，该方法使激光处理后的特征强度较烧结态陶瓷仅降低约3%，且沟槽深度可达40 μm。激光织构化陶瓷实现了显著的双轴...