氧化鋯陶瓷材料的晶粒生長控制研究.pdf

1、氧化釔穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯(Y-TZP)增韌陶瓷是一種力學(xué)性能優(yōu)越，應(yīng)用十分廣泛的結(jié)構(gòu)陶瓷。通常情況下，采用國產(chǎn)工業(yè)Y-TZP粉料要在比較高的溫度下(1550-1650）℃才能燒結(jié)制備，不但生產(chǎn)成本較高，且其燒結(jié)體的晶粒尺寸比較粗大，這嚴(yán)重影響了材料的使用性能。 該研究的目的是通過多種控制手段，低溫?zé)Y(jié)制備性能較好的Y-TZP陶瓷材料。 首先簡要分析了晶粒尺寸對材料性能的影響及影響氧化鋯陶瓷晶粒尺寸的因素。然后以深圳南玻

2、結(jié)構(gòu)陶瓷有限公司生產(chǎn)的SG3-TZP-Q型號的超細(xì)粉料為實(shí)驗(yàn)原料，對粉料的預(yù)燒熱處理、解團(tuán)聚處理，表面改性處理及粒度分級處理進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性地研究。最后在粉料處理的基礎(chǔ)上，并參照日本氧化鋯粉體和樣品，選擇了不同添加劑，實(shí)現(xiàn)了3Y-TZP材料的低溫固相燒結(jié)，控制了3Y-TZP陶瓷材料晶粒的長大。 主要探討了粉料的預(yù)燒制度，解團(tuán)聚、表面改性及粒度分級處理和添加劑對超細(xì)粉料燒結(jié)性能的影響，及它們對3Y-TZP材料的顯微結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響

3、。 通過這些研究，得到以下主要結(jié)論： 粉料的預(yù)燒熱處理溫度不宜超過500℃，否則容易引起粉料顆粒的頸部生長，造成粉料粒徑粗化，粒度分布變寬，最終導(dǎo)致粉體燒結(jié)活性降低。粒度分布變寬是由于團(tuán)聚體內(nèi)粒子優(yōu)先長大的結(jié)果。 機(jī)械化學(xué)法解團(tuán)聚結(jié)合有機(jī)表面改性處理能夠?qū)⒉糠謭F(tuán)聚體打破，并且吸附在顆粒表面形成有機(jī)薄膜避免了解聚后粉體顆粒的再次團(tuán)聚。粉體經(jīng)改性處理后由極性粉體變?yōu)榉菢O性粉體，改性處理后的粉料休止角減小，流動(dòng)性增加，

4、有助于提高成型體密度。 拋射流空氣重力分級法能將超細(xì)粉料粒度分級，粉體粒度分級后，粒度分布范圍變窄，燒結(jié)活性增強(qiáng)，有助于成型素坯的均勻致密燒結(jié)。 國產(chǎn)SG3-TZP-Q超細(xì)粉料經(jīng)解團(tuán)聚處理、有機(jī)表面改性處理和粒度分級處理后的燒結(jié)性能與日本TOSOH公司生產(chǎn)的TZ-3Y-E易燒結(jié)粉的燒結(jié)性能相當(dāng)，均能在1500℃時(shí)致密燒結(jié)。 添加微量高純超細(xì)氧化鋁能夠進(jìn)一步促進(jìn)3Y-TZP材料的燒結(jié)致密化，使得經(jīng)解團(tuán)聚、表面改性和

5、粒度分級處理后的SG3-TZP-Q粉料能在1350℃燒結(jié)致密度達(dá)99.3％，1400℃時(shí)完全致密燒結(jié)。且少量的超細(xì)氧化鋁主要分布在3Y-TZP晶界處，部分抑制了3Y-TZP晶粒的長大。 綜合運(yùn)用粉料處理和添加燒結(jié)助劑的手段，采用國產(chǎn)SG3-TZP-Q粉料低溫制備了晶粒細(xì)小、綜合力學(xué)性能良好的3Y-TZP陶瓷材料，1400燒結(jié)樣品的密度為6.058g/cm3，硬度HV10為1317MPa，斷裂韌性值7.58MPa·m1/2，三點(diǎn)彎