石墨烯/氧化锆复相陶瓷的等离子活化烧结及其力学性能

摘要

以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为分散剂制备不同石墨烯(GNPs)含量的GNPs/3Y-TZP复合粉体,并采用等离子活化烧结工艺制备系列GNPs/3Y-TZP复相陶瓷.研究了GNPs含量对复相陶瓷物相、显微结构的影响;建立了材料显微结构与其断裂韧性的相互关系,讨论了GNPs/3Y-TZP复相陶瓷的增强/增韧机制.结果表明:制备的GNPs/3Y-TZP复相陶瓷均为四方相;当烧结温度为1300℃、GNPs质量分数为0.01％时,其致密度高达99.4％,且GNPs分散均匀,同时断裂韧性达到最大15.3 MPa.m1/2,比3Y-TZP提高了61％,显微硬度为12.94 GPa.GNPs的均匀分散及与3Y-TZP晶粒的紧密结合使得穿晶断裂比例增大,石墨烯的晶粒细化、拔出、裂纹桥联及微裂纹最终促使3Y-TZP陶瓷的断裂韧性大幅提高.