Y-TZP/Al2O3复相陶瓷微波烧结及性能研究

摘要

Y-TZP陶瓷具有优异性能，在众多领域广泛应用，但在潮湿环境易发生低温老化而限制了其应用。通过添加适量的Al2O3可以抑制其低温老化的发生，并可进一步提高复相陶瓷材料力学性能。但Al2O3的加入会导致传统烧结温度较高(1550～1700℃)。本文拟采用微波烧结方法，研究烧结助剂和Al2O3的添加量对复相陶瓷烧结性能以及力学性能和老化性能的影响。
　　本文采用机械球磨法制备了Y-TZP/Al2O3复合粉体，通过干压法成型，使用微波烧结技术烧结制备了Y-TZP/Al2O3复相陶瓷材料。利用XRD、SEM等测试手段对其相组成和断口形貌进行了分析，测试了材料的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性等力学性能。分析了烧结助剂添加量和Al2O3含量对微波烧结的复相陶瓷相成分和力学性能及低温老化现象的影响，并与传统烧结的材料性能进行了对比分析。本文研究所取得的主要结论有：
　　(1)对比传统烧结方式，微波烧结可降低烧结温度100℃左右，并可有效地细化晶粒。添加适量MgO、TiO2作为烧结助剂，烧结温度可进一步降低100℃左右，t-ZrO2相含量提高了6.6％，材料相对密度、显微硬度和抗弯强度均得到提高。
　　(2)加入Al2O3量为20%复相陶瓷材料的性能最佳，对比未添加Al2O3陶瓷材料，t-ZrO2相含量、相对密度、显微硬度、抗弯强度和断裂韧性分别提高了24.2%、2.6%、41.6%、51.2%和38.9%。
　　(3)加入20wt%的Al2O3可以有效地稳定复相陶瓷中t-ZrO2相，从而有效抑制Y-TZP低温老化现象的发生。
　　(4)在1300℃微波烧结条件下，添加0.2wt%MgO、0.4wt%TiO2为烧结助剂，20wt%Al2O3时，对复合陶瓷低温老化现象的抑制作用最强，复相陶瓷的各项性能最佳，t-ZrO2相含量为98.1%，致密度为97.29%，轴向和径向收缩率分别为18.28%、17.83%，显微硬度为18.69GPa，抗弯性能628MPa，断裂韧性9.92MPa?m1/2。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 氧化锆陶瓷概述

1.3 Y-TZP陶瓷材料

1.4 Y-TZP/Al2O3复相陶瓷

1.5 微波烧结复相陶瓷

1.6 本课题研究的意义及目的

1.7 本课题研究的主要内容

2 Y-TZP/Al2O3复相陶瓷制备和性能测试

2.1 技术路线

2.2 实验材料

2.3 实验仪器

2.4 实验配方的选择与设计

2.5 Y-TZP/Al2O3复相陶瓷的制备

2.6 断口形貌及相组成分析

2.7 复相陶瓷的烧结性能

2.8 复相陶瓷的力学性能

3 烧结助剂添加对Y-TZP/Al2O3复相陶瓷性能的影响

3.1 相组成分析

3.2 烧结助剂对复相陶瓷烧结性能的影响

3.3 烧结助剂添加对复相陶瓷力学性能的影响

3.4 本章小结

4 Al2O3含量对Y-TZP/Al2O3复相陶瓷性能的影响

4.1 相组成分析

4.2 Al2O3对复相陶瓷烧结性能的影响

4.3 Al2O3对复相陶瓷力学性能的影响

4.4 本章小结

5 老化处理对复相陶瓷性能的影响

5.1 相组成分析

5.2 陶瓷断口形貌

5.3 老化处理对力学性能影响

5.4 Y-TZP/Al2O3复相陶瓷低温老化机理分析

5.5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录

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