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文檔簡介
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。
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