放電等離子燒結氧化鋯陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、本文針對傳統(tǒng)無壓燒結氧化鋯陶瓷的燒結動力小，致密度低、顯微結構不均勻以及生產(chǎn)周期長等問題，主要研究了:SPS燒結氧化鋯陶瓷斷裂韌性的表征方法;采用正交試驗優(yōu)化SPS燒結氧化鋯陶瓷的工藝，研究氧化鋁的含量對氧化鋯陶瓷組織和性能的影響;分析對比SPS燒結氧化鋯陶瓷、氧化鋁/氧化鋯復合陶瓷以及傳統(tǒng)無壓燒結氧化鋯陶瓷材料的顯微結構和性能;主要結論如下:
　　1、壓痕裂紋系統(tǒng)的類型與壓痕載荷有關，放電等離子燒結氧化鋯陶瓷在壓痕壓制載荷為10

2、kg，保壓時間為15s的條件下所得到的裂紋系統(tǒng)均為巴氏裂紋。Marshall公式所測的斷裂韌性值偏大;Niihara公式和Shetty公式的值比較穩(wěn)定，但未考慮致密度的影響;所以對于SPS燒結氧化鋯陶瓷的巴氏裂紋系統(tǒng)，本文壓痕法所選的公式為Laugier公式，即:K1c=0.015(d/l)1/2(E/H)2/3(P/c3/2)
　　2、采用放電等離子燒結技術制備氧化鋯陶瓷的過程中，影響其性能的主要因素是燒結溫度，其次是燒結時間;

3、最佳的SPS工藝參數(shù)是1400℃×5min×15MPa。經(jīng)最佳工藝燒結后的氧化鋯陶瓷的組織為均一的四方相氧化鋯，致密度為96％、顯微硬度1332HV、斷裂韌性為5.18MPa·m0.5。氧化鋯陶瓷的顯微結構和性能與其所選用的燒結方法密切相關，無壓燒結氧化鋯陶瓷的致密度為91％，顯微硬度為1217HV，斷裂韌性為7.57MPa·m0.5，與SPS試樣相比，無壓燒結氧化鋯陶瓷內(nèi)部存在較多的氣孔，使其致密度和硬度低于SPS試樣，而其斷裂韌性高

4、于SPS試樣。
　　3、隨著氧化鋁含量的增加，氧化鋁/氧化鋯復合陶瓷的硬度升高、密度和斷裂韌性先升后降，在15％時達到峰值。當氧化鋁含量達到20％時，復合陶瓷中的氧化鋁晶粒會異常長大，斷裂韌性急劇下降。15％Al2O3/ZrO2復合陶瓷的組織為t相氧化鋯基體中均勻分布著α相氧化鋁，其致密度為97.3％、顯微硬度為1433HV、斷裂韌性為4.710MPa·m0.5。
　　4、在室溫干摩擦條件下，氮化硅磨球與SPS燒結的氧化鋯陶