Y-ZrO2/Al2O3纳米复相陶瓷材料常压烧结制备及其力学性能研究

摘要

Al2O3陶瓷的应用越来越广泛，尤其在阀门方面，弥补了许多金属材料在耐高温、耐磨损、耐腐蚀等方面的缺陷，但是由于其脆性和断裂韧性的不足，限制了其优良性能的发挥，而Y-ZrO2的加入可以在保持陶瓷基体原有优良性能的同时，有效的降低陶瓷基体的脆性和提高断裂韧性。 本文主要的研究目的是以纳米Al2O3为陶瓷基体，以纳米 Y-ZrO2作为增韧补强相，通过改变Y-ZrO2加入量、成型压力、烧结温度、保温时间，采用常压烧结的工艺，并控制相关制备和烧结工艺，最终获得性能优异的 Y-ZrO2/Al2O3纳米复相陶瓷。 采用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜等分析不同制备条件下的材料显微组织，对材料进行致密度、维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性的测试，并分析讨论复相陶瓷材料的增韧机理。 结果表明：（1）适量的 Y-ZrO2的加入有细化晶粒的作用，常压烧结后材料中 Al2O3和 Y-ZrO2的晶粒尺寸分别在 1.1μm和600nm左右。（2）Y-ZrO2的加入有利于复相陶瓷材料性能的提高，致密度可以达到 98.58%， 维氏硬度可达18.95GPa 、抗弯强度和断裂韧性分别可达到 421MPa和 7.98 MPa·m1/2。（3）增加成型压力、适当提高烧结温度和延长保温时间有利于提高材料致密度和改善材料内部组织，相应的提高材料的力学性能。（4）材料内部晶粒细小，Y-ZrO2粒子均匀的分布，三四叉晶界处Y-ZrO2晶粒和内晶型颗粒多，有效的抑制了材料裂纹的扩展。（5）材料内部存在第二相增韧、弥散强化、相变增韧、内晶型颗粒增韧、纳米增韧等多种增韧机制共同作用，使得材料性能大大提高。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1复相陶瓷材料

1.2纳米陶瓷材料

1.3纳米复相陶瓷的发展现状

1.4 Al2O3陶瓷材料的性质

1.5陶瓷材料的增韧机制

1.6氧化锆陶瓷的性质

1.7纳米复相陶瓷材料的制备

1.8课题的目的及意义

第二章 实验原料、设备与检测方法

2.1 实验原料

2.2实验设备

2.3实验流程

2.4复相陶瓷材料性能测试

2.4本章小结

第三章 纳米Y-ZrO2含量和成型压力对Y-ZrO2/Al2O3纳米复相陶瓷的组织和性能影响

3.1引言

3.2 实验过程

3.3实验结果与讨论

3.4讨论

3.5本章小结

第四章 常压烧结温度和保温时间对Y-ZrO2/Al2O3纳米复相陶瓷的组织和性能影响

4.1引言

4.2实验过程

4.3实验结果与讨论

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A几组实验数据