氧化鋯陶瓷材料的晶粒生長控制研究.pdf

1、氧化釔穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯(Y-TZP)增韌陶瓷是一種力學性能優(yōu)越，應用十分廣泛的結構陶瓷。通常情況下，采用國產(chǎn)工業(yè)Y-TZP粉料要在比較高的溫度下(1550-1650）℃才能燒結制備，不但生產(chǎn)成本較高，且其燒結體的晶粒尺寸比較粗大，這嚴重影響了材料的使用性能。 該研究的目的是通過多種控制手段，低溫燒結制備性能較好的Y-TZP陶瓷材料。 首先簡要分析了晶粒尺寸對材料性能的影響及影響氧化鋯陶瓷晶粒尺寸的因素。然后以深圳南玻

2、結構陶瓷有限公司生產(chǎn)的SG3-TZP-Q型號的超細粉料為實驗原料，對粉料的預燒熱處理、解團聚處理，表面改性處理及粒度分級處理進行了實質(zhì)性地研究。最后在粉料處理的基礎上，并參照日本氧化鋯粉體和樣品，選擇了不同添加劑，實現(xiàn)了3Y-TZP材料的低溫固相燒結，控制了3Y-TZP陶瓷材料晶粒的長大。 主要探討了粉料的預燒制度，解團聚、表面改性及粒度分級處理和添加劑對超細粉料燒結性能的影響，及它們對3Y-TZP材料的顯微結構及力學性能的影響

3、。 通過這些研究，得到以下主要結論： 粉料的預燒熱處理溫度不宜超過500℃，否則容易引起粉料顆粒的頸部生長，造成粉料粒徑粗化，粒度分布變寬，最終導致粉體燒結活性降低。粒度分布變寬是由于團聚體內(nèi)粒子優(yōu)先長大的結果。 機械化學法解團聚結合有機表面改性處理能夠將部分團聚體打破，并且吸附在顆粒表面形成有機薄膜避免了解聚后粉體顆粒的再次團聚。粉體經(jīng)改性處理后由極性粉體變?yōu)榉菢O性粉體，改性處理后的粉料休止角減小，流動性增加，

4、有助于提高成型體密度。 拋射流空氣重力分級法能將超細粉料粒度分級，粉體粒度分級后，粒度分布范圍變窄，燒結活性增強，有助于成型素坯的均勻致密燒結。 國產(chǎn)SG3-TZP-Q超細粉料經(jīng)解團聚處理、有機表面改性處理和粒度分級處理后的燒結性能與日本TOSOH公司生產(chǎn)的TZ-3Y-E易燒結粉的燒結性能相當，均能在1500℃時致密燒結。 添加微量高純超細氧化鋁能夠進一步促進3Y-TZP材料的燒結致密化，使得經(jīng)解團聚、表面改性和

5、粒度分級處理后的SG3-TZP-Q粉料能在1350℃燒結致密度達99.3％，1400℃時完全致密燒結。且少量的超細氧化鋁主要分布在3Y-TZP晶界處，部分抑制了3Y-TZP晶粒的長大。 綜合運用粉料處理和添加燒結助劑的手段，采用國產(chǎn)SG3-TZP-Q粉料低溫制備了晶粒細小、綜合力學性能良好的3Y-TZP陶瓷材料，1400燒結樣品的密度為6.058g/cm3，硬度HV10為1317MPa，斷裂韌性值7.58MPa·m1/2，三點彎