Y-TZP-MgAl-,2-O-,4-復(fù)相陶瓷的制備及高應(yīng)變率超塑性研究.pdf

1、陶瓷材料具有耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷、耐磨損、高強(qiáng)度、超硬度和低密度等特殊性能，在許多工業(yè)領(lǐng)域中有著特殊和廣泛的應(yīng)用。但陶瓷材料的本征脆性使其存在加工困難、加工成本高和可靠性不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了其在重要場(chǎng)合中的應(yīng)用。 從上個(gè)世紀(jì)80年代到本世紀(jì)初，世界各國(guó)的科研工作者分別就陶瓷材料領(lǐng)域的氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和玻璃陶瓷等展開(kāi)了大量的超塑性研究工作，但由于陶瓷材料高溫形變過(guò)程中，極低的應(yīng)變速率和伴隨而來(lái)的孔洞等缺陷的產(chǎn)

2、生嚴(yán)重影響了超塑性陶瓷材料的實(shí)際應(yīng)用。國(guó)際上對(duì)先進(jìn)陶瓷的不懈探索造就了高應(yīng)變率超塑性陶瓷材料的產(chǎn)生，這種材料具有的高應(yīng)變率和超塑性使得陶瓷材料的成型精度、加工性能、可靠性、材料利用率和生產(chǎn)率等都得以大幅提高。 本論文分別采用分步法和一步法制備了Y-TZP/MgAl<,2>O<,4>復(fù)相陶瓷，并對(duì)比了兩種方法在此復(fù)相陶瓷的制備工藝、相成分組成以及室溫力學(xué)性能等方面的優(yōu)劣，認(rèn)為一步法制備過(guò)程簡(jiǎn)單，組分均勻，是制備Y-TZP/MgAl

3、<,2>O<,4>復(fù)相陶瓷極為有前途的方法。進(jìn)一步研究了此復(fù)相陶瓷在高溫狀態(tài)下的低、中、高應(yīng)變率的超塑性，提出了適合陶瓷材料形變的高應(yīng)變率超塑性機(jī)理。 在分步法制備此復(fù)相陶瓷過(guò)程中，分別采用醇-水溶液法制備了15 nm的Y-TZP粉末和共沉淀法制備了95 nm MgAl<,2>O<,4>粉末，兩粉末經(jīng)機(jī)械混合后成型，在1580℃下燒結(jié)成復(fù)相陶瓷；而采用一步法均相復(fù)合制備的Y-TZP/MgAl<,2>O<,4>復(fù)合粉末的平均粒徑為

4、71nm，同樣成型條件下，在1500℃下燒結(jié)成復(fù)相陶瓷。 采用XRD研究了一步法制備的Y-TZP/MgAl<,2>O<,4>納米復(fù)合粉末的相結(jié)構(gòu)，并采用SEM和BET觀察復(fù)合粉末的形貌、分散性和粒徑。對(duì)比于分步法制備的Y-TZP粉末和Mgal<,2>O<,4>粉末，并結(jié)合兩種方法制備的陶瓷試樣，得出結(jié)論：采用一步法引入第二相MgAl<,2>O<,4>沒(méi)有使基體氧化鋯失穩(wěn)，兩相結(jié)合良好，且一步法制備過(guò)程簡(jiǎn)單，組分均勻，是制備此陶瓷

5、極為有前途的方法。 和分步法相比，一步法制備的Y-TZP/MgAl<,2>O<,4>復(fù)相陶瓷具有較好的室溫力學(xué)性能：致密度高達(dá)99.3％，在室溫下平均抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別為647 MPa和8.75MPa·m<'1/2>，維氏硬度為1335。重點(diǎn)研究了一步法制備的Y-TZP/MgAl<,2>O<,4>復(fù)相陶瓷在高溫狀態(tài)下的超塑性拉伸形變行為，在1550℃時(shí)，試樣拉伸延伸率高達(dá)415％，應(yīng)變率高達(dá)2.2x10<'-2>s<'-1>