包覆式ZrB-,2--YAG-Al-,2-O-,3-陶瓷的制備及其性能評(píng)價(jià).pdf

1、硼化鋯具有極高的熔點(diǎn)、硬度、化學(xué)穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性等優(yōu)良特性，因此在航空航天、耐火、切削、電極等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。但是，ZrB2難以燒結(jié)致密、高溫下易氧化及抗熱震能力差，使其實(shí)用化難以實(shí)現(xiàn)。如何獲得高致密ZrB2陶瓷并提高其高溫抗氧化性和抗熱震性，是當(dāng)今ZrB2陶瓷研究的一個(gè)熱點(diǎn)。 本論文提出將燒結(jié)致密化和提高抗氧化能力一體化解決的思路：將ZrB2原料粉體表面改性，制備出具有包覆結(jié)構(gòu)的ZrB2陶瓷。具體來講，就是在Zr

2、B2粉體表面包覆易燒結(jié)、不氧化的陶瓷粉體Y2O3-Al2O3，再通過放電等離子燒結(jié)(SPS)制備出具有YAG包覆ZrB2和YAG-Al2O3包覆ZrB2結(jié)構(gòu)的ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷。 首先，采用化學(xué)沉淀法制備Al(OH)3-Y(OH)3包覆ZrB2粉體。對(duì)影響ZrB2分散穩(wěn)定性的因素和Al(OH)3-Y(OH)3包覆ZrB2效果的因素進(jìn)行了分析。研究了漿體濃度、分散劑種類及含量、分散方式及時(shí)間和pH值

3、對(duì)ZrB2分散穩(wěn)定性的影響。得出了適宜的分散條件：分散劑為2vol％的PMAA、超聲時(shí)間為10min和pH值為9。研究了ZrB2分散穩(wěn)定性、pH值、溶液濃度、滴定速度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)ZrB2包覆效果的影響。得出了適宜的包覆條件：分散劑2vol％-PMAA，超聲10min、pH=9、溶液濃度為Al3+=0.017mol/L，Y3+=0.01mol/L、滴定速度為0.05ml/s、反應(yīng)時(shí)間60min。 其次，采用SPS燒結(jié)工藝制備了Zr

4、B2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷。研究了ZrB2-YAG的致密化過程以及工藝參數(shù)對(duì)致密化和陶瓷性能的影響。ZrB2-YAG燒結(jié)時(shí)的收縮主要是由ZrB2表面包覆的Al2O3-Y2O3收縮以及反應(yīng)生成的YAG收縮造成的。通過對(duì)燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力以及保溫時(shí)間對(duì)陶瓷致密度、彈性模量和斷裂韌性的影響研究，得到了優(yōu)化的制備工藝：燒結(jié)溫度為1700℃、燒結(jié)壓力為20MPa和保溫時(shí)間為4min。由包覆粉體原料燒結(jié)的陶瓷致密度明顯高于純Zr

5、B2陶瓷，所制備的ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷具有包覆式顯微結(jié)構(gòu)。含30％YAG的ZrB2-YAG陶瓷的相對(duì)密度、楊氏模量和斷裂韌性分別為98.3％、426GPa和4.15MPam1/2，表明YAG的加入可以實(shí)現(xiàn)ZrB2在較低的溫度(1700℃)下的致密化。YAG-Al2O3含量為30wt％時(shí)，SPS最優(yōu)工藝制備ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷的相對(duì)密度、楊氏模量和斷裂韌性分別為98.8％、435GPa和4．23M

6、Pam1/2，表明隨著Al2O3比例增大，陶瓷不但更容易致密化，而且力學(xué)性能也有所提高。此外，為了對(duì)比，用機(jī)械混合原料采用相同燒結(jié)工藝制備了ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷。結(jié)果表明由包覆型原料制備的陶瓷斷裂韌性更高，說明了具有包覆結(jié)構(gòu)的材料具有更好的機(jī)械性能。 研究了ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷在700-1600℃的高溫氧化性能。結(jié)果表明：相同SPS條件下制備的純ZrB2陶瓷900℃就出

7、現(xiàn)較明顯的氧化增重，而ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷出現(xiàn)明顯氧化增重的溫度為1200℃。在相同氧化條件下，隨陶瓷中不能氧化的相(YAG或YAG-Al2O3)含量增大，氧化層越薄。隨Al2O3含量的增加，陶瓷表現(xiàn)出更好的抗氧化能力，尤其是在更高的溫度下(＞1300℃)。此時(shí)Al2O3與B2O3在表面形成較致密的氧化阻擋層(Al18B4O33)。由包覆粉體原料制備的陶瓷與由機(jī)械混合粉體制備的陶瓷相比氧化層變薄，說明包覆結(jié)