納微米氧化物添加劑對(duì)3y-ZeO2陶瓷材料燒結(jié)和力學(xué)性能的影響.pdf

1、氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Y-PSZ)陶瓷具有高的強(qiáng)度和韌性，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。隨著科技和工程的快速發(fā)展，ZrO2陶瓷的力學(xué)性能須進(jìn)一步提高，以滿足眾多新興領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)高韌陶瓷材料的需求。添加劑在提高陶瓷燒結(jié)和力學(xué)性能方面起著重要作用。
　　 本文首先研究了微量的納米CuO對(duì)ZrO2結(jié)構(gòu)陶瓷性能的影響。通過(guò)機(jī)械混合法將微量(≤0.7 mol％)的納米CuO引入3Y-PSZ粉體中，考察了燒成溫度、納米CuO加入量對(duì)3Y-PSZ結(jié)

2、構(gòu)陶瓷的燒結(jié)性能(相對(duì)密度、氣孔率)以及力學(xué)性能(抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性)的影響，并對(duì)比了微米CuO的作用效果。研究發(fā)現(xiàn)：在3Y-ZrO2中加入0.3～0.6 mol％的納米CuO可以促進(jìn)燒結(jié)，其促燒作用比微米CuO更為顯著；添加0.7 mol％CuO的試樣在燒結(jié)冷卻過(guò)程中都發(fā)生了開(kāi)裂，加入微量的納米CuO還可顯著提高ZrO2結(jié)構(gòu)陶瓷的力學(xué)性能：添加0.45 mol％納米CuO的3Y-ZrO2在1500℃下燒成后，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別達(dá)

3、到620MPa和12.2 MPa·m1/2，比同樣條件下制備的純3Y-PSZ陶瓷分別提高了38％和46％。機(jī)械性能的提高很可能與CuO改變了四方相ZrO2的相變能力有關(guān)。
　　 在微量微米Nb2O5對(duì)3Y-PSZ結(jié)構(gòu)陶瓷性能影響的研究中，考察了采用機(jī)械混合法引入的微量(≤1.25 mol％)微米Nb2O5在不同燒成溫度、加入量條件下對(duì)3Y-PSZ陶瓷的燒結(jié)和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，Nb2O5的加入抑制了3Y-PSZ陶瓷的燒

4、結(jié)，在各個(gè)添加量和燒成溫度點(diǎn)下試樣的相對(duì)密度均低于純3Y-PSZ的。即使微量Nb2O5也能使試樣的力學(xué)性能得到了提高，這可能與Nb2O5會(huì)降低四方相ZrO2的穩(wěn)定性，從而提高了它的相變能力有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中所制備的具有最佳力學(xué)性能的試樣為1550℃下燒成、添加1 mol％微米Nb2O5的3Y-PSZ，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別為660 MPa和12.1 MPa·m1/2，分別比相同條件下制備的純3Y-PSZ高出29％和33％。
　　

5、當(dāng)PSZ試樣在還原氣氛中燒結(jié)或熱處理時(shí)，顏色變黑。在還原氣氛下Zr3+離子的形成和試樣中的雜質(zhì)被還原是變黑的主要原因。研究了還原熱處理對(duì)3Y-PSZ和3Y-PSZ/NiO試樣性能的影響。兩種試樣現(xiàn)在1400℃的空氣氣氛2 h燒成，之后進(jìn)行1400℃氫氣氣氛2 h的熱處理。結(jié)果表明，處理后試樣的燒結(jié)和力學(xué)性能都得到提高，加NiO的試樣變?yōu)楹谏?。?duì)于純3Y-PSZ，經(jīng)過(guò)處理，抗彎強(qiáng)度從360 Mpa提高到430 Mpa，斷裂韌性從6 Mpa