TiO2摻雜Al2O3-ZrO2復(fù)相陶瓷燒結(jié)及超塑變形研究.pdf

1、博士學(xué)位論文Ti02摻雜A1203一Zr02復(fù)相陶瓷燒結(jié)及超塑變形研究ResearchonSinteringandSuperplasticDeformationofTi02dopedA1203Zr02CompositeCeramics學(xué)號(hào)：!!鯉墅豎答辯日期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要A1203Zr02(3Y)復(fù)相陶瓷具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨、抗氧化和耐腐蝕等優(yōu)異性

2、能，是中高溫氧化腐蝕氣氛下長(zhǎng)期工作的優(yōu)選氧化物結(jié)構(gòu)材料。隨著航空、航天技術(shù)的發(fā)展，A1203Zr02(3Y)復(fù)相陶瓷已成為某些關(guān)鍵零部件不可或缺的重要材料。但受限于材料結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵特征，一般氧化物陶瓷的燒結(jié)、超塑變形及擴(kuò)散連接所需溫度在05～08％以上，超塑性變形的應(yīng)變速率通常僅為104S～～10巧S～，過高的溫度需求和過低的應(yīng)變速率是制約其工業(yè)化應(yīng)用的主要瓶頸問題。本研究探索通過摻雜Ti02來降低A1203Zr02(3Y)陶瓷的制備條

3、件，并提高其變形效率。本文以A1203ZrOff3Y)復(fù)相陶瓷為研究對(duì)象，以Ti02作為改性摻雜物，研究了Ti02對(duì)A1203Zr02(3Y)復(fù)相陶瓷的燒結(jié)行為、超塑性變形行為及擴(kuò)散連接的影響及作用機(jī)理。著重研究了摻雜不同含量Ti02的(主要考察摻雜量為0Ⅲ％、1叭％、4wt％和8Ⅲ％)A1203ZrOff3Y)復(fù)相陶瓷組織演變規(guī)律，分析了Ti02摻雜量與晶界形態(tài)特征的關(guān)系，揭示了Ti02在其燒結(jié)、超塑性變形和超塑性擴(kuò)散連接過程中的作用

4、機(jī)制，主要結(jié)果如下：Ti02摻雜能夠顯著地降低A1203Zr02(3Y)復(fù)相陶瓷的燒結(jié)溫度，使其最佳燒結(jié)溫度由1450oC降至1300oC；摻雜后其硬度和斷裂韌性出現(xiàn)了不同程度的下降，分別為摻雜前的85％和96％。SEMEDS分析結(jié)果顯示，摻雜的Ti離子只有極少量固溶于A1203晶粒內(nèi)部，部分固溶于Zr02晶粒內(nèi)部，剩余Ti離子主要偏聚于晶界處。隨著Ti02含量的增加，出現(xiàn)三種不同的晶界形態(tài)，即，摻雜前以“干凈”晶界為主；Ti02摻雜量

5、為1w％時(shí)，以薄晶界非晶相(厚度為15～2nm)為主；當(dāng)Ti02摻雜量增加至4wt％以上時(shí)，為薄晶界非晶相和厚晶界非晶相(厚度為50～150nm)共存。從固溶體化學(xué)鍵和晶界形態(tài)的角度，闡釋了Ti02促進(jìn)燒結(jié)的影響機(jī)制：ZrO鍵結(jié)合強(qiáng)度下降引起的zr離子擴(kuò)散增強(qiáng)和晶界形態(tài)特征改變引起的晶界擴(kuò)散增強(qiáng)共同作用。Ti02摻雜可顯著提高A1203ZrOff3Y)復(fù)相陶瓷的超塑變形能力。研究結(jié)果表明，Ti02摻雜使A1203Zr02(3Y)復(fù)相陶瓷

6、的應(yīng)變速率提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，1400oC超塑性變形時(shí)其應(yīng)變速率由10‘5S一～10’4S‘1提高至10。3S一～10‘2S～，1300oC時(shí)則由10。7S～～10‘5S’1提高至10jS～一10。3S一，且A1203Zr02(3Y)復(fù)相陶瓷在變形過程中的應(yīng)變硬化現(xiàn)象得到了有效抑制。應(yīng)變速率提高幅度和應(yīng)變硬化抑制程度與Ti02摻雜量密切相關(guān)。材料微觀組織觀察顯示，隨著Ti02摻雜量的提高，A1203ZrOff3Y)q]的板條狀A(yù)1203