氧化釔穩(wěn)定氧化鋯四方多晶陶瓷的制備工藝和性能研究.pdf

1、氧化鋯陶瓷材料因其優(yōu)異的力學性能、生物相容性、美觀性、低的熱導率以及高化學穩(wěn)定性性能受到廣泛的應用。氧化鋯的低熱導率，與金屬材料較為接近的熱膨脹系數使它成為應用最廣泛的熱障涂層材料；氧化鋯的相變增韌特性和力學性能，使其被應用在齒科材料、人體骨骼、陶瓷刀具等方面。因此，市場對于氧化鋯陶瓷，特別是高性能四方多晶氧化鋯（TZP）陶瓷的需求極大，且急劇增加。
　　目前氧化鋯陶瓷的生產方法包括：共沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法和固相法。本文采用

2、高能球磨法制備3mol%氧化釔穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯陶瓷(3Y-TZP)，通過控制粉體煅燒溫度、球磨轉速和時間等因素來制備不同的陶瓷試樣。再通過 X射線衍射儀(XRD)、TristarⅡ3020全自動比表面積分析儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、WDW3200微控電子萬能試驗機和EM-4500顯微硬度計對陶瓷材料的物相組成、粉體粒度、顯微組織結構、三點彎曲強度、維氏硬度和斷裂韌性進行表征和檢測。
　　氫氧化鋯經900℃煅燒后與3mol%

3、氧化釔和0.25wt%氧化鋁混合球磨，再經1450℃燒結。XRD結果表明，相組成全部為單一四方相。比表面積結果顯示，1800~2600r·min-1球磨3h的比表面積分比為：16.92m2/g、18.13m2/g、19.58m2/g、25m2/g、26.02m2/g；球磨4h的比表面積為：20.45m2/g、23.04m2/g、25.75m2/g、30.11m2/g、33.47m2/g。SEM結果顯示，2000~2400r·min-1球

4、磨3h和4h的陶瓷試樣晶粒細小均勻，晶粒尺寸大約在0.3μm左右，氣孔較少。而1800和2600r·min-1球磨的陶瓷試樣則氣孔較多，影響其致密度。經阿基米德原理計算密度后可知，1800和2600r·min-1球磨的兩組陶瓷試樣的相對密度為97%左右，2000~2400r·min-1球磨的三組試樣的相對密度均達到了99%。
　　三點彎曲強度結果顯示，隨著球磨轉速的提高，三點彎曲強度先增加后減小，在2200r·min-1時達到最大

5、，為803.85MPa，當轉速為2400r·min-1時，三點彎曲強度開始降低。除1800r·min-1外，球磨3h的試樣的強度值均比球磨4h的高。由于2600r·min-1轉速下球磨的陶瓷試樣氣孔過多，影響其力學性能，所以本文只對1800~2400r·min-1的試樣進行力學性能檢測。維氏硬度結果顯示，各組試樣硬度值都在1300HV以上，且硬度值隨著球磨轉速的增加而增加。球磨3h的試樣硬度值總體高于4h。斷裂韌性結果表明，韌性值都集中

6、在4~5MPa·m1/2之間，且韌性值隨球磨轉速的增加先減小后增大。
　　試樣經過134℃低溫老化10h、30h、50h、80h、120h、160h、200h后發(fā)現，球磨3h的試樣在老化120h后，單斜相含量開始趨于穩(wěn)定（65%），球磨4h試樣在160h后開始趨于穩(wěn)定（65%）。
　　綜上所述，使用經900℃煅燒后的氫氧化鋯為原料，加入氧化釔和氧化鋁后，使用高能球磨法在轉速2200~2400r·min-1之間，球磨時間為3-