Y2O3稳定ZrO2陶瓷透光性能研究及其改性

论文摘要

氧化锆透明陶瓷不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,可以用于照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域。本文首先对不同氧化钇稳定的氧化锆陶瓷的烧结性和透光性进行研究。针对8Y-ZrO2陶瓷烧结性差,导致透明性很差,采取掺杂CaF2和ZnO进行改性,以期提高其烧结性和透光率。采用固相法在不同烧结温度和保温时间条件下制备了Zr1-xYxO2-0.5x（x=0.06、0.10、0.16、0.24,分别记为3Y、5Y、8Y、12Y）陶瓷。通过排水法测量其体积密度和相对密度,结果表明:3Y试样在1400℃/3h和1450℃/3h烧成时,相对密度最高可达99.1%和99.3%,5Y试样在1450℃/3h烧成时,相对密度最高可达98.8%;8Y和12Y试样在1600℃/4h烧成时,相对密度最高也只能达到95.7%和92.4%;可见光和红外透光率测试结果表明,透光率变化趋势为:3Y >5Y >8Y。3Y和5Y试样红外透光率可高达70%。采用醇水共沉淀法和微波干燥制备了8Y粉体,粉体比表面积相比一般共沉淀和烘箱干燥得到了很大的提高,比表面积可达58.93 m2·g-1,当量粒径17.09nm,在1600℃/4h烧结,相对密度为95.7%,但是透光性能没有得到很大的改善。在8Y-ZrO2材料中添加CaF2可以通过液相烧结和固溶降低烧结温度,CaF2含量为2mol%,在1450℃烧结4h时,相对密度可达99.22%,但是显微结构显示部分CaF2存在于晶界,对试样的透光率没有改善,试样的透光率变化规律为C1>C4>C3>C2。在8Y-ZrO2材料中添加ZnO可以通过固溶大大降低烧结温度,ZnO含量为1.5mol%,在1380℃烧结4h时,相对密度可达99.56%,晶粒形状不规则,晶粒大小约为5μm,但是晶界干净,所以添加ZnO可以大大提高透光率,当波长为6.7μm时,透光率最大,从不添加ZnO的8%增加到40%以上。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 透明陶瓷材料
• 1.3 透明陶瓷材料的发展状况
• 1.4 透明陶瓷材料的应用
• 1.5 透明陶瓷材料的种类
• 1.5.1 氧化铝透明陶瓷
• 1.5.2 氧化镁透明陶瓷
• 1.5.3 氧化钇透明陶瓷
• 1.5.4 YAG透明陶瓷
• 1.5.5 透明铁电陶瓷
• 1.5.6 氮化铝透明陶瓷
• 1.5.7 氮氧化铝透明陶瓷
• 2 透明陶瓷'>1.5.8 ZrO₂透明陶瓷
• 1.6 影响透明陶瓷透光性能的因素
• 1.6.1 本征影响因素
• 1.6.2 环境影响因素
• 1.6.3 制备影响因素
• 1.7 该课题研究的目的和意义
• 第二章 实验过程及研究方案
• 2.1 实验原理及目的
• 2.2 配方设计
• 2O₃-ZrO₂ 体系'>2.2.1 Y₂O₃-ZrO₂体系
• 2-8YSZ 体系'>2.2.2 CaF₂-8YSZ 体系
• 2.2.3 ZnO-8YSZ 体系
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 实验原料和仪器
• 2.3.2 粉料制备
• 2.3.3 试样制备
• 2.4 研究方法和分析手段
• 2.4.1 粉体比表面积测试
• 2.4.2 坯体和烧结体积密度的测试
• 2.4.3 烧成收缩率
• 2.4.4 热膨胀性能分析
• 2.4.5 物相分析
• 2.4.6 显微结构分析
• 2.4.7 透光率测试
• 第三章 结果与讨论
• 2O₃稳定ZrO₂陶瓷的性能研究'>3.1 不同含量Y₂O₃稳定ZrO₂陶瓷的性能研究
• 3.1.1 密度
• 3.1.2 显微结构
• 3.1.3 透光率
• 3.1.4 小结
• 3.2 化学共沉淀法制备8Y 的性能研究
• 3.2.1 比表面积分析
• 3.2.2 显微结构分析
• 3.2.3 小结
• 3.3 烧结助剂对8Y 的影响研究
• 2 掺杂对8Y 的影响'>3.3.1 CaF₂ 掺杂对8Y 的影响
• 3.3.2 ZnO 掺杂对8Y 的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢