添加劑對SAZ系陶瓷晶化行為、微觀形態(tài)和性能的影響.pdf

1、Si-Al-Zr-O系復相陶瓷由于其獨特的高溫性能，已成為新型陶瓷材料的研究熱點。本實驗采用一種新的工藝，即高溫熔膠-凝膠工藝和原位受控晶化技術。通過調整基礎非晶的化學成分，在較低的溫度(1650～1700℃)下制得了Si-Al-Zr-O系高溫熔膠，通過強制冷卻得到凝膠，然后經過不同熱處理溫度獲得納米復相氧化鋯莫來石陶瓷。
　　 本文借助DSC、XRD、SEM、TEM、EDS、Raman和IR等現代分析測試技術探討了添加劑MgO

2、、CaO和TiO2對Si-Al-Zr-O非晶晶化行為的影響。根據分析結果，擬定了Si-Al-Zr-O系非晶的二步熱處理程序獲得了結構均勻致密，性能較好的Si-Al-Zr-O超微細晶復相陶瓷。并初步探討了該類非晶添加對燒結法制備Si-Al-Zr-O復相陶瓷的影響。具體來講，得到如下幾點結論：
　　 1．非晶在受熱過程中，Zr首先以t-ZrO2析出，Al首先形成了Al-Si尖晶石相。溫度進一步升高，Al-Si尖晶石相先增強隨后消失，

3、同時mullite形成；當溫度升高至1100～1150℃，出現了m-ZrO2的拉曼特征峰，表明有一部分t-ZrO2發(fā)生相變轉化為單斜相m-ZrO2，t-ZrO2和mullite成為主晶相，而過剩的非晶二氧化硅就轉化為了方石英。SAZ系非晶在析晶過程中主要存在兩個反應：在930～1050℃溫度區(qū)間內進行的析晶反應析出t-ZrO2;在1100～1200℃溫度區(qū)間內進行的析晶反應析出莫來石和方石英。
　　 2．添加劑CaO、MgO對材

4、料物相、顯微結構和力學性能產生明顯影響。經940℃預處理1200℃晶化后，單一MgO摻雜試樣中，除了mullite、t-ZrO2、m-ZrO2物相外，還有少量Mg2SiO4和SiO2相生成。而在MgO和CaO復合摻雜（用相同含量的CaO取代MgO）的試樣中，mullite，ZrO2仍為主晶相，但Mg2SiO4消失，堇青石相(2MgO·2Al2O3·5SiO2)出現。隨著CaO含量增加(1～3wt％)，MgO含量的減少，方石英相析出增多，

5、m-ZrO2含量有所增加，沒有檢測到含Ca物相。單一MgO摻雜試樣由類似球狀的＜100nm的粒子組成，與之相比，MgO和CaO復合摻雜有利于晶粒異性生長。隨著CaO含量增加，晶粒的長寬比增大。這表明CaO添加劑在晶粒異性生長中起了重要作用。這是因為CaO促進了方石英相的析出，為微區(qū)富Al創(chuàng)造了條件。與單一MgO摻雜相比，MgO和CaO復合摻雜試樣的力學性能得到了提高。隨著CaO含量的增加，試樣斷裂韌性先明顯升高，當CaO＞2wt％時，斷

6、裂韌性增大緩慢。這可能與晶粒的異性生長有關。
　　 3．添加TiO2沒有改變主物相的析出順序，且降低了t-ZrO2和莫來石的形成溫度，促進了主晶相的析出和晶粒的生長。結合XRD、IR、Raman和TEM分析可知，當TiO2含量不超過5wt％時，Ti4+主要固溶于t-ZrO2中，少量進入mullite晶格，當TiO2含量超過5wt％時，過量的TiO2參與了新相的形成，生成了ZrTiO4雜相。同時可得到，隨著TiO2含量的增加，方石

7、英含量減少，堇青石相析出。材料的斷裂韌性隨著TiO2含量的增加，先增加后減小，而維氏硬度呈增長的趨勢。
　　 4．隨著摻入非晶的增加，主晶相SiO2消失，同時ZrSiO4相明顯增加，說明隨著非晶相的添加，促進ZrO2與SiO2反應生成ZrSiO4或者促進SiO2固溶于ZrO2中。非晶的添加越多，晶化越完全；基體相主要為莫來石相和硅酸鋯相，而氧化鋯做為最主要的析出物。非晶含量百分比在0～10wt％范圍內真實密度增長最快；氣孔率在非