TiO2摻雜對Yb2O3-ZrO2陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能的影響.pdf

1、碩士學(xué)位論文論文題目：論文題目：TiO2摻雜對Yb2O3ZrO2陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能的影響英文題目：英文題目：TheeffectofTiO2dopingonstructurespropertiesofYb2O3ZrO2ceramics學(xué)位類學(xué)位類別：工學(xué)碩士研究生姓研究生姓名：曹書光學(xué)號學(xué)號：2014023184學(xué)科學(xué)科(領(lǐng)域領(lǐng)域)名稱名稱：冶金工程指導(dǎo)教指導(dǎo)教師：宋希文職稱職稱：教授協(xié)助指導(dǎo)教協(xié)助指導(dǎo)教師：師：謝敏職稱：職稱：講師2017

2、年6月3日分類號：分類號：TQ174.75密級：級：公開公開UDC：學(xué)校代碼：學(xué)校代碼：10127內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要四方氧化鋯多晶陶瓷材料因其具有高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性等結(jié)構(gòu)陶瓷所固有的屬性，已在牙科材料、陶瓷刀具、研磨介質(zhì)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。目前最廣泛使用的結(jié)構(gòu)陶瓷是3mol%Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(3YTZP)體系，由于其強(qiáng)度低，易發(fā)生低溫老化等缺點(diǎn)已很難滿足快速發(fā)展的結(jié)構(gòu)

3、陶瓷的技術(shù)要求。因此，開發(fā)一種具有優(yōu)秀機(jī)械性能和較高的抗老化性的新型結(jié)構(gòu)陶瓷材料來取代3YTZP具有十分重要的意義。近年來，3mol%Yb2O3ZrO2體系開始逐漸受到人們的關(guān)注。同3YTZP相比，它擁有較高的機(jī)械性能和良好的抗老化性。本文以ZrO2、Yb2O3、TiO2作為原料，在3mol%Yb2O3ZrO2體系的基礎(chǔ)上用Ti4部分取代Zr4，期望能進(jìn)一步提高陶瓷的斷裂韌性和抗老化性。本實(shí)驗(yàn)是通過固相合成法制備Zr0.94xYb0.0

4、6TixO1.97(x=00.020.040.060.08和0.10)陶瓷試樣。研究內(nèi)容主要包括三個部分：高能球磨法制備ZrO2Yb2O3TiO2納米粉體；TiO2對3mol%Yb2O3ZrO2四方多晶陶瓷斷裂韌性和硬度的影響規(guī)律及機(jī)理；TiO2對3mol%Yb2O3ZrO2陶瓷材料低溫老化性能的影響規(guī)律及機(jī)理。納米粉體的測試結(jié)果表明，高能球磨4h即可制備出粒徑小于100nm的TiO2Yb2O3ZrO2納米粉體。斷裂韌性和硬度的測試結(jié)果

5、顯示，隨著TiO2摻雜量的增加，Zr0.94xYb0.06TixO1.97體系陶瓷材料的斷裂韌性從5.290.04MPam12增加到5.700.03MPam12，而維氏硬度則從14.650.07GPa降低到13.060.03GPa。本論文對斷裂韌性增加的機(jī)理進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)通過TiO2摻雜改變了該體系陶瓷材料增韌的機(jī)理。當(dāng)x0.06時，陶瓷材料的增韌主要取決于鐵彈性增韌，相變增韌也存在但不占主導(dǎo)的地位。低溫老化性能的測試結(jié)果表明，隨著T

6、iO2摻雜量的增加，Zr0.94xYb0.06TixO1.97體系陶瓷材料的老化動力學(xué)參數(shù)b從0.0070降低到0.0039，這表明TiO2摻雜能顯著提高該陶瓷材料的抗老化性能。本論文提出了從電化學(xué)的角度去解釋老化過程，通過測試并比較該體系陶瓷材料老化前后的晶界離子電導(dǎo)率的差值來解釋老化過程，其中氧空位在電化學(xué)和老化性能之間起到了橋梁的作用。以上實(shí)驗(yàn)表明，在Zr0.94xYb0.06TixO1.97體系中，TiO2摻雜量為10mol%的