納米3Y-TZP陶瓷粉體的表面修飾及性能的研究.pdf

1、納米陶瓷粉體由于尺寸小、比表面積大，活性高，燒結過程中極易團聚長大，從而失去其優(yōu)良的性能。為了改善納米粉體的這種弊端，本論文采用了粉體表面修飾的方法，以期獲得性能良好的陶瓷體。 本論文以ZrOCl2·8H2O和YCl3為主要原料，采用共沉淀-凝膠法制備了一次平均粒徑約為8.9nm，形狀為類球形的納米3Y-TZP陶瓷粉體。利用CVD法對納米3Y-TZP陶瓷粉體進行表面包碳修飾，獲得了具有較好晶型結構，顆粒尺寸細小，碳含量不同(0～

2、7.0wt％)的碳包3Y-TZP粉體。 對不同碳含量的3Y-TZP進行通常無壓燒結和兩步法燒結。研究了碳包3Y-TZP在不同燒結工藝下的燒結行為及其微觀結構，探討了碳含量與獲得晶粒細小且致密度高的3Y-TZP陶瓷的內在聯(lián)系。實驗結果表明：與未包碳的試樣相比，表面包裹少量碳的3Y-TZP經(jīng)兩步燒結法，即先加熱到1250℃保溫5min，然后快速冷卻到1150℃保溫6h，有效降低了晶粒尺寸，提高了燒結體的密度。隨著碳含量的繼續(xù)增加，晶

3、粒尺寸減小，但由于過多的碳氣化后所殘留的氣孔數(shù)量較多，致使材料密度降低；當碳含量為1.5wt％時，燒結體的體積密度達到最大值，其值為5.890g/cm3(相對密度為97.2％)。采用真空燒結，由于碳沒有被氧化，包裹層的存在阻止了晶界的擴散，延緩了陶瓷體燒結的致密化過程，燒結性能較差。 對經(jīng)通常無壓燒結和兩步法燒結的碳包3Y-TZP材料進行力學性能測試和增韌機理研究，分析了3Y-TZP力學性能、碳含量、燒結工藝和顯微結構的關系。研

4、究結果發(fā)現(xiàn)：表面包裹少量碳的3Y-TZP采用兩步燒結，由于結構致密和ZrO2相變增韌的共同作用，材料具有了較高的維氏硬度和斷裂韌性；隨著碳含量的繼續(xù)增加，材料致密度降低，同時未被氧化的碳破壞了陶瓷相的連續(xù)性，致使材料力學性能下降；碳含量為1.5wt％時，材料的維氏硬度和斷裂韌性達到最大值，分別為12GPa和7.41MPa.m1/2。 利用有機改性劑(月桂酸)對納米3Y-TZP粉體進行有機改性。初步討論了采用有機改性劑改性對納米3

5、Y-TZP粉體及坯體性能的影響，闡述了月桂酸的用量、改性時間、溫度各種因素對氧化鋯粉體改性效果的影響。實驗結果得出：納米3Y-TZP粉體表面改性的最佳工藝為：改性劑用量為10％，改性時間為75min，改性溫度為60℃。通過對樣品紅外光譜及粉體極性變化的分析，確實證明了有機改性劑在粉體表面的存在以及氧化鋯良好的有機改性。粉體表面由多羥基結構變?yōu)橛袡C長鏈單分子吸附膜，極性改變，從而使粉體間的作用力減小，硬團聚消除，大幅度提高了坯體的致密度。