用包裹納米復合粉體制備ZTA陶瓷.pdf

1、納米陶瓷是由納米級顯微結(jié)構(gòu)組成的新型陶瓷材料，具有不同于傳統(tǒng)陶瓷的獨特性能。ZTA復相納米陶瓷具有比Al2O3陶瓷及ZTA復相微米陶瓷更高的強度、斷裂韌性和優(yōu)異的高溫性能，不同工藝制備的ZTA陶瓷粉體性能差異很大，因此制備兩相分布均勻、分散性好的納米復合粉體成為當前該領(lǐng)域的熱點之一。本論文以Al2O3-ZrO2復相陶瓷作為研究對象，研究了化學法制備Al2O3-ZrO2納米復合粉體，通過優(yōu)化工藝制備出性能優(yōu)異的ZTA陶瓷，對其顯微結(jié)構(gòu)和力

2、學性能進行了研究，對增強增韌機理進行了探討；同時對制備的粉體的漿料性能作初步研究，為采用先進的注凝成型方法制備ZTA陶瓷打下一定的基礎(chǔ)。
　　 用非均勻成核法和液相共沉淀法相結(jié)合的方法制得ZrO2(3Y)包裹Al2O3納米復合粉體。實驗中選用反滴定工藝合成復合粉體的前驅(qū)體，研究了ZrOCl2和YCl3混合溶液的濃度、Al2O3懸浮液的pH值、ZrO2摻量對先驅(qū)體產(chǎn)率的影響，結(jié)果表明：混合溶液中Zr4+的濃度為0.2mol·L-1

3、、Al2O3懸浮液pH值為9.5、ZrO2摻量為20wt％時前驅(qū)體的產(chǎn)率最高。通過XRD、SEM和TEM對粉料的物相組成和顯微形貌進行表征，結(jié)果表明制成的復合粉體中只有α-Al2O3、t-ZrO2兩種晶相，得到了Al2O3和ZrO2的納米復合粉體。粉體的比表面積隨混合溶液濃度變大而變大，隨著pH值的增大先變大后減小，隨煅燒溫度的升高而升高，在同一煅燒溫度點，隨ZrO2摻量的增加而變大。
　　 研究了復合粉體制備的ZTA復相陶瓷的

4、燒結(jié)性能和力學性能。研究發(fā)現(xiàn)隨著前驅(qū)體粉體煅燒溫度的升高，ZTA復相陶瓷的燒結(jié)性能和力學性能均呈現(xiàn)先增大而后減小的趨勢，在1000℃時達到最高，因此確定復合粉體前驅(qū)體的煅燒溫度為1000℃。通過研究燒成溫度和燒成時間對ZTA復相陶瓷燒結(jié)性能和力學性能的影響確定了ZTA的最佳燒成制度：燒成溫度為1650℃，保溫時間為2h。在此燒成制度下研究氧化鋯含量的變化對ZTA復相陶瓷的燒結(jié)性能和力學性能的影響，結(jié)果表明，隨著氧化鋯含量的增加，ZTA復

5、相陶瓷的燒結(jié)性能和力學性能均出現(xiàn)一峰值，在氧化鋯含量為20wt％時抗彎強度最大，為454.9MPa，氧化鋯含量為30wt％時斷裂韌性最大，為11.6MPa·m1/2。綜合考慮，氧化鋯含量為20wt％時ZTA陶瓷力學性能較好。通過XRD、SEM分析表明，ZTA復相陶瓷中ZrO2主要以四方相存在，單斜相含量小于總ZrO2含量的20％。ZTA陶瓷中Al2O3晶粒都比較小，氧化鋯含量10wt％時尺寸在2～4μm，其它在3μm左右；氧化鋯含量在3

6、0％wt以下時ZrO2晶粒尺寸小于1μm，說明ZrO2在Al2O3中分散較均勻，并對Al2O3晶粒的生長起到抑制作用，氧化鋯含量超過30wt％時由于ZrO2晶粒發(fā)生自身團聚，尺寸在4μm左右。ZTA復相陶瓷的力學性能的提高主要歸結(jié)于應力誘導相變增韌、微裂紋增韌以及細晶強化的協(xié)同效應。
　　 把用非均相成核法和共沉淀法相結(jié)合的方法制備的Al2O3-ZrO2(3Y)復合粉體制成漿料，系統(tǒng)研究了漿料流變性能。研究表明：Al2O3-Zr