微波烧结微-纳复合ZTA陶瓷的组织与性能研究

摘要

微波加热作为一种新型的加热技术，具有整体均匀加热、加热时间短等一系列优点，在医药、化工、食品加热等领域得到了有效的应用。微波烧结具有显著降低陶瓷材料的烧结温度并改善复合陶瓷性能等优良特性，采用微波烧结复合陶瓷成为应用研究热点。
　　 本文以微米级氧化铝和纳米级氧化锆为主要原料，采用机械球磨法制备ZTA复合粉体，通过干压法成型，使用微波烧结法制备微-纳复合ZTA陶瓷(Nano-ZrO2增韧Al2O3复合陶瓷)材料，利用XRD、SEM等测试手段对其显微组织结构进行了分析，测试了显微硬度和抗弯强度等力学性能，探讨了微-纳复合ZTA陶瓷的微波烧结工艺及其对性能的影响因素。
　　 研究了不同的微波烧结温度及Nano-ZrO2的添加量对微-纳复合ZTA陶瓷组织与性能的影响。结果表明，微波烧结温度为1400℃时，复合陶瓷烧结体的组织结构较为均匀、力学性能较好，并且比传统加热方式的烧结温度降低了150-200℃左右；当Nano-ZrO2的添加量为15wt％时，烧结体的相对密度达到94.5％，力学性能达到其峰值，其中，抗弯强度为753MPa，而添加过多的Nano-ZrO2，纳米小颗粒易于发生团聚，导致力学性能降低。
　　 通过单一添加稀土Y2O3与La2O3以及混合添加这两种稀土氧化物，研究其对微波烧结微-纳复合ZTA陶瓷组织与性能的影响。实验结果表明，固定微波烧结温度为1400℃，在Nano-ZrO2中添加6wt％的稀土Y2O3作为稳定剂，t-ZrO2的含量显著增加；单一添加La2O3的含量在2wt％时，烧结体的相对密度达98.8％，比未添加时提高了4.3％，抗弯强度提高至965.4MPa，而对硬度的影响不大；在复合添加Y2O3与La2O3，使得烧结体的组织结构均匀致密，烧结体的相对密度达到99.2％，各项力学性能提升，此时，抗弯强度为978.1MPa，硬度值达25.5GPa。