Ce-ZrO2/CePO4可加工陶瓷包覆粉体制备与性能研究

论文摘要

本文采用两种不同的合成路线制备出CePO4,利用非均相成核法和sol-gel法研究了CePO4对ZrO2的包覆,探讨了反应物浓度、pH值、煅烧温度、水热条件对包覆结果的影响,通过XRD、SEM和TEM等手段研究了CePO4粉体和包覆结构的形貌及物相结构;将包覆粉体在190MPa的压力下干压成型,并在1450℃、1500℃和1550℃对试样进行无压烧结,最后测定其力学性能和可加工性能。实验结果表明,室温下,CeCl3和H3PO4反应得到针状h-CePO4·H2O,CeCl3和Na3PO4反应得到透明溶胶,该溶胶为无定形态,是CePO4的前驱物。两种路线合成的产物经过1000℃煅烧,均得到m-CePO4。利用非均相成核法,当[Ce3+] =0.001mol/l时,通过控制H3PO4的浓度可以实现h-CePO4·H2O纤维对ZrO2粉体的包覆;600℃煅烧后,实现六方CePO4对ZrO2粉体的包覆,形成核-壳结构。利用sol-gel法,室温下可形成CePO4溶胶ZrO2粉体的包覆或半包覆结构;经过600℃煅烧,包覆层CePO4由无定形态向晶态转变,得到单斜CePO4对ZrO2基体的包覆,形成核-壳结构。通过对包覆前后复合陶瓷的力学性能和可加工性能测试结果分析,我们得出如下结论:经过包覆制备的复合陶瓷试样其相对密度、力学性能、可加工指数比包覆前的复合陶瓷更高,材料在此煅烧温度范围具有较好的可加工性能,同时又保持了较高的力学性能。结合材料的微观结构和力学性能对包覆后材料的可加工机理进行了研究和分析。从断面的微观结构中我们可以看到包覆后的复合陶瓷在外界应力作用下以沿晶断裂为主,同时有部分较大颗粒CePO4的发生自身解理。包覆结构降低了壳层CePO4的含量,使材料保持了较高的力学性能。随着CePO4含量的增多,层状断裂明显。CePO4/ZrO2复合陶瓷可加工性能产生的原因主要有两个:CePO4的层片状开裂和CePO4、ZrO2晶粒之间的弱结合。这是导致CePO4/ZrO2复合陶瓷易于加工的主要原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 可加工陶瓷的研究进展
• 1.2.1 分类
• 1.2.2 可加工机理
• 1.2.3 加工方法
• 1.2.4 可加工性的评价方法
• 1.2.5 影响陶瓷材料可加工性的因素
• 1.3 研究内容
• 1.4 设计思路
• 1.5 研究目的和意义
• 4的合成及其性能研究'>2 CEPO₄的合成及其性能研究
• 2.1 实验过程
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 化学试剂
• 2.1.3 实验步骤
• 2.2 结果与分析
• 3PO₄和CeCl₃·7H₂O 合成产物的物相组成及形貌'>2.2.1 H₃PO₄和CeCl₃·7H₂O 合成产物的物相组成及形貌
• 3PO₄和CeCl₃·7H₂O 合成产物的物相组成及形貌'>2.2.2 Na₃PO₄和CeCl₃·7H₂O 合成产物的物相组成及形貌
• 4 的晶型研究'>2.2.3 CePO₄的晶型研究
• 2.3 结论
• 4包覆ZRO₂复合粉体的制备及表征'>3 CEPO₄包覆ZRO₂复合粉体的制备及表征
• 3.1 相关原理
• 2颗粒的分散'>3.1.1 ZrO₂颗粒的分散
• 3.1.2 分散方法及表征
• 3.1.3 包覆机理
• 3.1.4 包覆方法
• 3.2 实验内容
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 非均匀成核法
• 3.3.2 sol-gel 法
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 非均匀成核法
• 3.4.2 Sol-gel 法
• 3.5 结论
• 4/ZRO₂复合陶瓷力学性能及可加工性能测试'>4 CEPO₄/ZRO₂复合陶瓷力学性能及可加工性能测试
• 4.1 实验方法
• 4.1.1 干压成型
• 4.1.2 烧结
• 4.1.3 相对密度的测试
• 4.1.4 维氏硬度的测试
• 4.1.5 抗弯强度的测试
• 4.1.6 断裂韧性的测试
• 4.1.7 可加工指数的测定
• 4.2 实验内容
• 4.3 实验过程
• 4.4 实验结果与分析
• 2颗粒的分散结果'>4.4.1 ZrO₂颗粒的分散结果
• 4.4.2 相对密度
• 4.4.3 物相分析
• 4.4.4 微观结构分析
• 4.4.5 力学性能测试结果
• 4.4.6 可加工性能评价
• 4.5 结论
• 5 结论
• 参考文献
• 个人简历
• 致谢
• 附录: 攻读硕士期间发表的文章