包覆式ZrB-,2--YAG-Al-,2-O-,3-陶瓷的制備及其性能評價.pdf

1、硼化鋯具有極高的熔點、硬度、化學穩(wěn)定性、良好的導電導熱性等優(yōu)良特性，因此在航空航天、耐火、切削、電極等領域有廣泛的應用前景。但是，ZrB2難以燒結致密、高溫下易氧化及抗熱震能力差，使其實用化難以實現(xiàn)。如何獲得高致密ZrB2陶瓷并提高其高溫抗氧化性和抗熱震性，是當今ZrB2陶瓷研究的一個熱點。 本論文提出將燒結致密化和提高抗氧化能力一體化解決的思路：將ZrB2原料粉體表面改性，制備出具有包覆結構的ZrB2陶瓷。具體來講，就是在Zr

2、B2粉體表面包覆易燒結、不氧化的陶瓷粉體Y2O3-Al2O3，再通過放電等離子燒結(SPS)制備出具有YAG包覆ZrB2和YAG-Al2O3包覆ZrB2結構的ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷。 首先，采用化學沉淀法制備Al(OH)3-Y(OH)3包覆ZrB2粉體。對影響ZrB2分散穩(wěn)定性的因素和Al(OH)3-Y(OH)3包覆ZrB2效果的因素進行了分析。研究了漿體濃度、分散劑種類及含量、分散方式及時間和pH值

3、對ZrB2分散穩(wěn)定性的影響。得出了適宜的分散條件：分散劑為2vol％的PMAA、超聲時間為10min和pH值為9。研究了ZrB2分散穩(wěn)定性、pH值、溶液濃度、滴定速度和反應時間對ZrB2包覆效果的影響。得出了適宜的包覆條件：分散劑2vol％-PMAA，超聲10min、pH=9、溶液濃度為Al3+=0.017mol/L，Y3+=0.01mol/L、滴定速度為0.05ml/s、反應時間60min。 其次，采用SPS燒結工藝制備了Zr

4、B2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷。研究了ZrB2-YAG的致密化過程以及工藝參數(shù)對致密化和陶瓷性能的影響。ZrB2-YAG燒結時的收縮主要是由ZrB2表面包覆的Al2O3-Y2O3收縮以及反應生成的YAG收縮造成的。通過對燒結溫度、燒結壓力以及保溫時間對陶瓷致密度、彈性模量和斷裂韌性的影響研究，得到了優(yōu)化的制備工藝：燒結溫度為1700℃、燒結壓力為20MPa和保溫時間為4min。由包覆粉體原料燒結的陶瓷致密度明顯高于純Zr

5、B2陶瓷，所制備的ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷具有包覆式顯微結構。含30％YAG的ZrB2-YAG陶瓷的相對密度、楊氏模量和斷裂韌性分別為98.3％、426GPa和4.15MPam1/2，表明YAG的加入可以實現(xiàn)ZrB2在較低的溫度(1700℃)下的致密化。YAG-Al2O3含量為30wt％時，SPS最優(yōu)工藝制備ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷的相對密度、楊氏模量和斷裂韌性分別為98.8％、435GPa和4．23M

6、Pam1/2，表明隨著Al2O3比例增大，陶瓷不但更容易致密化，而且力學性能也有所提高。此外，為了對比，用機械混合原料采用相同燒結工藝制備了ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷。結果表明由包覆型原料制備的陶瓷斷裂韌性更高，說明了具有包覆結構的材料具有更好的機械性能。 研究了ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷在700-1600℃的高溫氧化性能。結果表明：相同SPS條件下制備的純ZrB2陶瓷900℃就出

7、現(xiàn)較明顯的氧化增重，而ZrB2-YAG和ZrB2-YAG-Al2O3陶瓷出現(xiàn)明顯氧化增重的溫度為1200℃。在相同氧化條件下，隨陶瓷中不能氧化的相(YAG或YAG-Al2O3)含量增大，氧化層越薄。隨Al2O3含量的增加，陶瓷表現(xiàn)出更好的抗氧化能力，尤其是在更高的溫度下(＞1300℃)。此時Al2O3與B2O3在表面形成較致密的氧化阻擋層(Al18B4O33)。由包覆粉體原料制備的陶瓷與由機械混合粉體制備的陶瓷相比氧化層變薄，說明包覆結