用包裹納米復(fù)合粉體制備ZTA陶瓷.pdf

1、納米陶瓷是由納米級(jí)顯微結(jié)構(gòu)組成的新型陶瓷材料，具有不同于傳統(tǒng)陶瓷的獨(dú)特性能。ZTA復(fù)相納米陶瓷具有比Al2O3陶瓷及ZTA復(fù)相微米陶瓷更高的強(qiáng)度、斷裂韌性和優(yōu)異的高溫性能，不同工藝制備的ZTA陶瓷粉體性能差異很大，因此制備兩相分布均勻、分散性好的納米復(fù)合粉體成為當(dāng)前該領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。本論文以Al2O3-ZrO2復(fù)相陶瓷作為研究對(duì)象，研究了化學(xué)法制備Al2O3-ZrO2納米復(fù)合粉體，通過(guò)優(yōu)化工藝制備出性能優(yōu)異的ZTA陶瓷，對(duì)其顯微結(jié)構(gòu)和力

2、學(xué)性能進(jìn)行了研究，對(duì)增強(qiáng)增韌機(jī)理進(jìn)行了探討；同時(shí)對(duì)制備的粉體的漿料性能作初步研究，為采用先進(jìn)的注凝成型方法制備ZTA陶瓷打下一定的基礎(chǔ)。
　　 用非均勻成核法和液相共沉淀法相結(jié)合的方法制得ZrO2(3Y)包裹Al2O3納米復(fù)合粉體。實(shí)驗(yàn)中選用反滴定工藝合成復(fù)合粉體的前驅(qū)體，研究了ZrOCl2和YCl3混合溶液的濃度、Al2O3懸浮液的pH值、ZrO2摻量對(duì)先驅(qū)體產(chǎn)率的影響，結(jié)果表明：混合溶液中Zr4+的濃度為0.2mol·L-1

3、、Al2O3懸浮液pH值為9.5、ZrO2摻量為20wt％時(shí)前驅(qū)體的產(chǎn)率最高。通過(guò)XRD、SEM和TEM對(duì)粉料的物相組成和顯微形貌進(jìn)行表征，結(jié)果表明制成的復(fù)合粉體中只有α-Al2O3、t-ZrO2兩種晶相，得到了Al2O3和ZrO2的納米復(fù)合粉體。粉體的比表面積隨混合溶液濃度變大而變大，隨著pH值的增大先變大后減小，隨煅燒溫度的升高而升高，在同一煅燒溫度點(diǎn)，隨ZrO2摻量的增加而變大。
　　 研究了復(fù)合粉體制備的ZTA復(fù)相陶瓷的

4、燒結(jié)性能和力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)隨著前驅(qū)體粉體煅燒溫度的升高，ZTA復(fù)相陶瓷的燒結(jié)性能和力學(xué)性能均呈現(xiàn)先增大而后減小的趨勢(shì)，在1000℃時(shí)達(dá)到最高，因此確定復(fù)合粉體前驅(qū)體的煅燒溫度為1000℃。通過(guò)研究燒成溫度和燒成時(shí)間對(duì)ZTA復(fù)相陶瓷燒結(jié)性能和力學(xué)性能的影響確定了ZTA的最佳燒成制度：燒成溫度為1650℃，保溫時(shí)間為2h。在此燒成制度下研究氧化鋯含量的變化對(duì)ZTA復(fù)相陶瓷的燒結(jié)性能和力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，隨著氧化鋯含量的增加，ZTA復(fù)

5、相陶瓷的燒結(jié)性能和力學(xué)性能均出現(xiàn)一峰值，在氧化鋯含量為20wt％時(shí)抗彎強(qiáng)度最大，為454.9MPa，氧化鋯含量為30wt％時(shí)斷裂韌性最大，為11.6MPa·m1/2。綜合考慮，氧化鋯含量為20wt％時(shí)ZTA陶瓷力學(xué)性能較好。通過(guò)XRD、SEM分析表明，ZTA復(fù)相陶瓷中ZrO2主要以四方相存在，單斜相含量小于總ZrO2含量的20％。ZTA陶瓷中Al2O3晶粒都比較小，氧化鋯含量10wt％時(shí)尺寸在2～4μm，其它在3μm左右；氧化鋯含量在3

6、0％wt以下時(shí)ZrO2晶粒尺寸小于1μm，說(shuō)明ZrO2在Al2O3中分散較均勻，并對(duì)Al2O3晶粒的生長(zhǎng)起到抑制作用，氧化鋯含量超過(guò)30wt％時(shí)由于ZrO2晶粒發(fā)生自身團(tuán)聚，尺寸在4μm左右。ZTA復(fù)相陶瓷的力學(xué)性能的提高主要?dú)w結(jié)于應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g、微裂紋增韌以及細(xì)晶強(qiáng)化的協(xié)同效應(yīng)。
　　 把用非均相成核法和共沉淀法相結(jié)合的方法制備的Al2O3-ZrO2(3Y)復(fù)合粉體制成漿料，系統(tǒng)研究了漿料流變性能。研究表明：Al2O3-Zr