纳米氧化铝/氧化锆复相陶瓷材料的制备与性能的研究

摘要

氧化铝基陶瓷具有机械强度高，绝缘电阻大，硬度高，耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能，用途十分广泛，是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。在一些行业，如用作人体中关节头的替换材料，由于对其抗弯强度和断裂韧性有着极高的要求，在保证生物相容性的同时，在强韧性方面还应有所提高，在氧化铝中添加一定量的氧化锆制备出ZTA陶瓷可在一定程度上提高陶瓷的强韧性。
　　实验采用高纯纳米α-Al2O3粉末为基体原料，ZrO2(Y2O3)作为增韧相，以MgO[实验中以Mg(NO3)2.6H2O形式加入]为添加剂，以聚丙烯酸做分散剂，用氨水沉积包裹法混料并在超声机上超声分散，使各个组分能够分散均匀，之后经离心、烘干成粉料。将烘干后的粉料在1280℃煅烧，使在沉积过程中生成的氢氧化物[Mg(OH)2、Y(OH)3]彻底分解成其对应的氧化物。将制备好的粉料采用模压成型10MPa保压10min，之后进行冷等静压成型200MPa保压10min来消除模压成型过程中造成的坯体中密度和应力的不均匀，提高坯体的致密性。为了满足烧结前坯体加工要求，压制成型之后的坯体在1150℃预烧，预烧之后的坯体有一定的加工强度，然后磨成一定规格的条状试样。将磨好的试样置于硅钼棒电炉中，在常压、空气气氛下，以适当的升温速率升至1600℃保温2.5h，烧结后的样品随炉冷却至室温。
　　利用扫描电镜、X射线衍射分析、能谱分析、TG-DSC等测试方法对原料、煅烧后的混合粉末、烧结后陶瓷制品的断裂面进行各项分析，对陶瓷体积密度、气孔率、抗弯强度、断裂韧性、相组成、硬度等性能进行测定，并分析了每种性能的影响因素。最终找到了ZTA陶瓷综合性能最好的配方。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 ZTA复合陶瓷材料

1.2 ZTA陶瓷的强韧化机理

1.3 ZTA纳米复合粉体的制备

1.4 ZTA陶瓷的制备工艺

1.5纳米粉体的团聚

1.6论文选题的目的及其主要研究内容

第二章 ZTA陶瓷的制备与实验方法

2.1实验原料

2.2主要实验仪器

2.3粉体的处理

2.4 ZTA陶瓷坯体成型

2.5 ZTA陶瓷坯体的预烧和试样的制备

2.6 ZTA陶瓷的烧结

2.7本章小结

第三章 ZTA陶瓷的性能测试

3.1体积密度和气孔率的测试

3.2抗弯强度的测试

3.3断裂韧性的测试

3.4硬度测试

3.5 SEM测试

3.6 EDS测试

3.7 XRD测试

3.8 TG-DSC测试

3.9本章小结

第四章 实验结果与分析

4.1陶瓷断裂面扫描电子显微镜分析

4.2烘干后混合粉末的TG-DSC分析

4.3 氨水沉积包裹法制备粉末煅烧后XRD分析

4.4 ZTA陶瓷显微结构分析

4.5 ZTA陶瓷EDS分析

4.6不同配方ZTA陶瓷的性能

4.7本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢