微波燒結(jié)制備ZTA陶瓷的工藝及機理研究.pdf

1、良好的高溫機械強度，抗熱振性，耐磨和抗氧化能力，低的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)良好的匹配性，使得氧化鋯增韌氧化鋁(ZTA)陶瓷廣泛應(yīng)用；微波燒結(jié)利用材料介質(zhì)損耗吸收微波促使材料致密，微波的熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)相結(jié)合的特殊加熱模式，也可以改善材料性能，同時具有高效，節(jié)能，環(huán)保的優(yōu)勢。本課題首先采用微波熱解法制備了ZTA陶瓷原料，然后采用微波燒結(jié)制備ZTA陶瓷與ZTA異形件，并設(shè)計了微波燒結(jié)異形件的專用燒結(jié)保溫裝置。通過對原料的物相分析，粒度分析，和顯

2、微形貌分析，探索微波熱解工藝和碳化硅對原料特性的影響；通過對微波加熱功率溫度曲線分析，探究碳化硅的加入對微波加熱工藝的影響；結(jié)合ZTA陶瓷致密度檢測，物相分析，顯微形貌分析以及抗彎強度和維氏硬度的分析，探究微波與碳化硅對ZTA陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能的影響，揭示了微波與物質(zhì)間的作用機理。
　　本課題以一水軟鋁（α-AlOOH），氧氯化鋯、硝酸釔和SiC粉體為原料，采用微波熱解法制備α-Al2O3粉體與部分穩(wěn)定的氧化鋯（3Y-ZrO2）/S

3、iC復(fù)合粉體。研究結(jié)果表明：微波熱解α-AlOOH在1100℃可獲得純凈的α-Al2O3粉體；微波熱解制備含有SiC的3Y-ZrO2/SiC復(fù)合粉體時，碳化硅顆粒形成微波熱點，加快前驅(qū)體熱解進程，3Y-ZrO2/SiC復(fù)合粉體較3Y-ZrO2粉體含有更多的四方相，平均顆粒尺寸隨著熱解溫度的增加（700℃，50nm）逐漸增加（900℃，200nm）。
　　使用上述微波制備的粉體，結(jié)合自制輔助燒結(jié)裝置，采用微波燒結(jié)方式，制備得到ZTA

4、陶瓷。研究結(jié)果表明：燒結(jié)溫度為1500℃，保溫30min，制備得到的ZTA陶瓷致密度達97％，抗彎強度和硬度分別達452MPa和13.3GPa。同時，采用異形件專用微波輔助燒結(jié)保溫結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了大尺寸ZTA陶瓷（密封閥門）微波快速燒成，燒結(jié)溫度為1500℃，保溫30min，致密度達99%，抗彎強度和硬度分別達435MPa和13.9GPa，微波燒結(jié)異形 ZTA陶瓷圓環(huán)的時間為250min，而傳統(tǒng)電阻燒結(jié)方式燒成時間為：24h*7。