Y3+、Ba2+、Cu2+摻雜ZrO2陶瓷制備工藝及其性能研究.pdf

1、ZrO2增韌陶瓷在室溫下具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐磨性等性能,廣泛應(yīng)用于傳感器、研磨、燃料電池、切削及結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域。但是從目前的使用狀況來(lái)看,ZrO2陶瓷很容易老化,影響了其使用壽命。本文章是利用Ba2+、Y3+對(duì)ZrO2系統(tǒng)中四方相的穩(wěn)定作用,試圖開(kāi)發(fā)高韌性的Y3+穩(wěn)定ZrO2陶瓷和Ba2+穩(wěn)定ZrO2陶瓷;將不同價(jià)態(tài)的Cu離子摻雜入Y3+穩(wěn)定ZrO2陶瓷粉體中,從顏色和性能上改進(jìn)ZrO2陶瓷,擴(kuò)大陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　首先,本

2、文用第一性原理對(duì)純相 t-ZrO2進(jìn)行了理論計(jì)算,分別研究了在 ZrO2晶體結(jié)構(gòu)中摻雜了 Ba2+、Cu2+、Y3+后對(duì) t-ZrO2能量、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和態(tài)密度的影響,經(jīng)過(guò)分析得出結(jié)論:Y3+摻雜ZrO2可以形成穩(wěn)定的四方ZrO2陶瓷、Ba2+摻雜ZrO2可以部分穩(wěn)定四方ZrO2,而Cu2+可以摻雜進(jìn)入四方ZrO2晶格中,晶格變?yōu)閱涡本?形成的晶型更加穩(wěn)定,但不能起到穩(wěn)定四方ZrO2的作用。接下來(lái)進(jìn)行摻雜實(shí)驗(yàn),BaCl2水溶液、氯氧化鋯

3、(ZrOCl2)與NaOH共沉淀反應(yīng),生成鋇穩(wěn)定二氧化鋯的前驅(qū)體,對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行預(yù)燒結(jié),得到BaO-ZrO2粉體。通過(guò)BSZ粉體的掃描電鏡(SEM)、X射線(xiàn)衍射(XRD)研究分析結(jié)果表明攪拌速率為280rad/min、反應(yīng)溫度為80℃、pH值為10是合成 BSZ前驅(qū)體的最佳工藝條件;對(duì)YSZ陶瓷前驅(qū)體制備設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn),確定了YSZ粉體制備的最優(yōu)方案:溶液濃度為0.6,pH值為9,反應(yīng)溫度為75°C;設(shè)計(jì)了以燒結(jié)溫度、CuO含量、燒結(jié)時(shí)間