氧化釔穩(wěn)定氧化鋯四方多晶陶瓷的制備工藝和性能研究.pdf

1、氧化鋯陶瓷材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能、生物相容性、美觀性、低的熱導(dǎo)率以及高化學(xué)穩(wěn)定性性能受到廣泛的應(yīng)用。氧化鋯的低熱導(dǎo)率，與金屬材料較為接近的熱膨脹系數(shù)使它成為應(yīng)用最廣泛的熱障涂層材料；氧化鋯的相變?cè)鲰g特性和力學(xué)性能，使其被應(yīng)用在齒科材料、人體骨骼、陶瓷刀具等方面。因此，市場(chǎng)對(duì)于氧化鋯陶瓷，特別是高性能四方多晶氧化鋯（TZP）陶瓷的需求極大，且急劇增加。
　　目前氧化鋯陶瓷的生產(chǎn)方法包括：共沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法和固相法。本文采用

2、高能球磨法制備3mol%氧化釔穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯陶瓷(3Y-TZP)，通過控制粉體煅燒溫度、球磨轉(zhuǎn)速和時(shí)間等因素來制備不同的陶瓷試樣。再通過 X射線衍射儀(XRD)、TristarⅡ3020全自動(dòng)比表面積分析儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、WDW3200微控電子萬能試驗(yàn)機(jī)和EM-4500顯微硬度計(jì)對(duì)陶瓷材料的物相組成、粉體粒度、顯微組織結(jié)構(gòu)、三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、維氏硬度和斷裂韌性進(jìn)行表征和檢測(cè)。
　　氫氧化鋯經(jīng)900℃煅燒后與3mol%

3、氧化釔和0.25wt%氧化鋁混合球磨，再經(jīng)1450℃燒結(jié)。XRD結(jié)果表明，相組成全部為單一四方相。比表面積結(jié)果顯示，1800~2600r·min-1球磨3h的比表面積分比為：16.92m2/g、18.13m2/g、19.58m2/g、25m2/g、26.02m2/g；球磨4h的比表面積為：20.45m2/g、23.04m2/g、25.75m2/g、30.11m2/g、33.47m2/g。SEM結(jié)果顯示，2000~2400r·min-1球

4、磨3h和4h的陶瓷試樣晶粒細(xì)小均勻，晶粒尺寸大約在0.3μm左右，氣孔較少。而1800和2600r·min-1球磨的陶瓷試樣則氣孔較多，影響其致密度。經(jīng)阿基米德原理計(jì)算密度后可知，1800和2600r·min-1球磨的兩組陶瓷試樣的相對(duì)密度為97%左右，2000~2400r·min-1球磨的三組試樣的相對(duì)密度均達(dá)到了99%。
　　三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度結(jié)果顯示，隨著球磨轉(zhuǎn)速的提高，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度先增加后減小，在2200r·min-1時(shí)達(dá)到最大

5、，為803.85MPa，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2400r·min-1時(shí)，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度開始降低。除1800r·min-1外，球磨3h的試樣的強(qiáng)度值均比球磨4h的高。由于2600r·min-1轉(zhuǎn)速下球磨的陶瓷試樣氣孔過多，影響其力學(xué)性能，所以本文只對(duì)1800~2400r·min-1的試樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)。維氏硬度結(jié)果顯示，各組試樣硬度值都在1300HV以上，且硬度值隨著球磨轉(zhuǎn)速的增加而增加。球磨3h的試樣硬度值總體高于4h。斷裂韌性結(jié)果表明，韌性值都集中

6、在4~5MPa·m1/2之間，且韌性值隨球磨轉(zhuǎn)速的增加先減小后增大。
　　試樣經(jīng)過134℃低溫老化10h、30h、50h、80h、120h、160h、200h后發(fā)現(xiàn)，球磨3h的試樣在老化120h后，單斜相含量開始趨于穩(wěn)定（65%），球磨4h試樣在160h后開始趨于穩(wěn)定（65%）。
　　綜上所述，使用經(jīng)900℃煅燒后的氫氧化鋯為原料，加入氧化釔和氧化鋁后，使用高能球磨法在轉(zhuǎn)速2200~2400r·min-1之間，球磨時(shí)間為3-