ZrO2（3Y）-CaO-SiO2-TiO2纳米复相陶瓷的制备

论文摘要

纳米复相陶瓷具有优良的室温和高温力学性能,使其在切削刀具、轴承、高温发动机部件等诸多方面都有广阔的应用前景。利用纳米复相陶瓷在高温下具有的超塑性进行成形加工是实现复杂形状零件近净成形的重要手段。本文以ZrO2（3Y）-CaO-SiO2-TiO2纳米复相陶瓷为研究对象,按照“粉体合成-块体制备-性能测试”这一工艺路线并结合组织性能分析来研究ZrO2（3Y）-CaO-SiO2-TiO2纳米复相陶瓷。采用醇-水溶液加热法结合共沉淀过程制备了分散性良好的纳米ZrO2（3Y）-CaO-SiO2-TiO2粉体。着重研究了煅烧温度对粉体成分、物相组成、晶粒尺寸以及粉体烧结活性的影响。利用透射电镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪、比表面积测定仪等测试手段监测整个制备工艺过程并对粉体进行表征。最终得到了平均粒径为1115nm,比表面积为69.15m2·g-1,各组分均匀分布的ZrO2（3Y）-CaO-SiO2-TiO2纳米复合粉体。采用真空热压烧结方法制备了陶瓷块体,研究了烧结温度对ZrO2（3Y）-CaO-SiO2-TiO2陶瓷块体微观组织和力学性能的影响,结果表明其合适的真空热压烧结温度为12501300℃。1300℃烧结时制得的陶瓷块体平均晶粒尺寸为230nm左右,相对密度可达97.8%,硬度值达1400.58kgf·mm-2。陶瓷的超塑性压缩实验表明,在14001450℃的温度范围内,材料表现出良好的超塑成形性能。在整个压缩变形过程中,材料没有出现明显的应变软化,显示出与超塑性拉伸变形截然不同的特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米陶瓷材料的研究
• 1.3 纳米陶瓷粉体制备
• 1.3.1 固相法
• 1.3.2 液相法
• 1.3.3 气相法
• 1.4 纳米陶瓷块体制备技术
• 1.4.1 素坯成形
• 1.4.2 陶瓷的烧结
• 1.5 纳米陶瓷超塑性
• 1.5.1 陶瓷超塑性的类型、特征和描述方法
• 1.5.2 陶瓷超塑性变形机理
• 1.5.3 陶瓷超塑性研究进展
• 1.6 选题意义
• 1.7 主要研究内容
• 第2章 实验内容及技术路线
• 2.1 实验内容与方法
• 2.1.1 粉体制备及表征
• 2.1.2 块体材料制备方法
• 2.1.3 材料的组织结构分析方法
• 2.1.4 超塑性压缩实验
• 2.2 技术路线
• 第3章 粉体制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 纳米粉体团聚问题及解决措施
• 3.2.1 纳米粉体团聚机理分析
• 3.2.2 解决纳米粉体团聚的办法
• 3.3 实验方案及实验设备
• 3.3.1 纳米复合陶瓷粉体制备方案
• 3.3.2 实验材料
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.4.1 粉体化学组成
• 2（3Y）-CaO-SiO₂-TiO₂ 纳米复合粉体性能的影响'>3.4.2 沉淀剂对ZrO₂（3Y）-CaO-SiO₂-TiO₂纳米复合粉体性能的影响
• 2（3Y）-CaO-SiO₂-TiO₂ 纳米复合粉体的影响'>3.4.3 煅烧温度对ZrO₂（3Y）-CaO-SiO₂-TiO₂纳米复合粉体的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 块体烧结及性能测试
• 4.1 引言
• 4.2 陶瓷材料的真空热压烧结
• 4.3 试验步骤
• 4.3.1 模具设计
• 2（3Y）-CaO-SiO₂-TiO₂ 纳米复相陶瓷的烧结'>4.3.2 ZrO₂（3Y）-CaO-SiO₂-TiO₂纳米复相陶瓷的烧结
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 烧结体的晶粒尺寸和密度
• 4.4.2 烧结体断口形貌分析
• 4.4.3 烧结体的X 射线衍射相分析
• 4.4.4 烧结体维氏硬度测试结果及分析
• 4.4.5 烧结体超塑性压缩实验
• 4.5 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果