微波燒結Y-ZrO2陶瓷燒結工藝及機理研究.pdf

1、微波燒結作為一種新型的材料制備方法，近年來因其快速、節(jié)能、環(huán)保的燒結特性備受國內(nèi)外學者的廣泛關注。本課題以常壓熱解制備的納米nY-ZrO2(n=0，3，5，7，9mol％)粉體為原料，采用混合微波燒結的方法制備釔穩(wěn)定的ZrO2陶瓷（nY-ZrO2陶瓷）。所用的微波設備為2450MHz的多模腔微波燒結爐，燒結溫度為1100～1550℃，保溫30min，并通過調(diào)節(jié)入射和反射功率控制其燒結制度。對照組樣品采用常壓燒結（箱式電阻爐）制備，其燒結

2、制度為:升溫速率2℃/min，燒結溫度1100～1600℃，保溫時間120min。對上述制備的的樣品分別進行體積密度、顯微硬度、X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)等檢測和表征。以期綜合、系統(tǒng)分析相關數(shù)據(jù)確定微波燒結Y-ZrO2陶瓷最佳工藝，并揭示其微波燒結機理。
　　研究結果表明:微波燒結nY-ZrO2陶瓷過程中，通過調(diào)節(jié)入射功率實現(xiàn)了其微波燒結制度的有效可控性。微波燒結nY-ZrO2陶瓷過程表現(xiàn)出低溫階段SiC輔助加

3、熱為主，高溫階段ZrO2自身損耗加熱為主，即不同階段選擇性加熱的微波燒結特性。與純m-ZrO2陶瓷(ZY0)相比，Y2O3穩(wěn)定的ZrO2陶瓷在微波燒結過程中需要更高的入射功率和更長的燒結時間。
　　微波燒結成功制備致密的純m-ZrO2陶瓷(ZY0)，其最佳燒結溫度為1450℃，其對應的致密度和顯微硬度分別達到99％和4.0GPa。其晶粒細小而均勻，結構致密。其顯微硬度壓痕邊線出現(xiàn)大量裂紋，表明微波燒結的純m-ZrO2陶瓷將具有較好

4、的韌性。
　　微波燒結制備的Y2O3穩(wěn)定的ZrO2陶瓷(ZY3、ZY5、ZY7和ZY9)不能完全致密，而且其致密度隨Y2O3含量的增加呈下降趨勢。在微波燒結nY-ZrO2陶瓷過程中，微波場在升溫階段抑制m-ZrO2→t-ZrO2相變的發(fā)生;而在降溫階段，促進t-ZrO2→m-ZrO2相變的發(fā)生。微波場在t-ZrO2→m-ZrO2相變會引發(fā)微裂紋尖端誘導產(chǎn)生了附加應力場，該應力場進一步促進裂紋擴展，導致Y-ZrO2陶瓷的致密度的下降

5、和m-ZrO2含量的增加。使得與常壓燒結相比，微波燒結的樣品中其m-ZrO2相含量比較高。由于微波燒結ZY0樣品過程，有極少量的t-ZrO2→m-ZrO2相變中的發(fā)生，使得其微波燒結容易致密。
　　微波燒結樣品ZY0、ZY3，燒結溫度達到1500℃時，出現(xiàn)晶粒迅速長大的現(xiàn)象，而ZY5、ZY7和ZY9樣品在1500℃時迅速長大的晶粒數(shù)量呈減少趨勢。相同溫度下微波燒結nY-ZrO2陶瓷的晶粒尺寸，隨Y2O3含量的增加，同樣呈減小趨勢。