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3YPSZ/Al2O3-Co3O4复相陶瓷的制备及力学性能研究

2020-12-11阅读(793)

3YPSZ/Al2O3-Co3O4复相陶瓷的制备及力学性能研究

论文摘要

在金属材料的力学加工中，切削加工是最普遍的精细加工方法，刀具材料的力学性能对其加工技术参数有着关键性的影响。在当代切削加工中，陶瓷刀具材料由于具备抗热性、抗磨性和抗酸碱稳定性，经常被应用在各种条件苛刻的切削加工领域。ZrO2陶瓷刀具具有硬度大、抗弯强度高、断裂韧性大、抗磨损、抗酸碱腐蚀、抗氧化、抗静电、优良的高温性能、刀体色泽艳丽等特点，是当今世界最合适的多功能刀具之一。当前主要的ZrO2刀具产品为：陶瓷切削刀、餐用刀、剪刀、军用刀、医用刀。本文以PSZ（Partially Stabilized Zirconia/PSZ）陶瓷作为主要研究对象，既要让目标材料满足陶瓷刀具应用环境下的各种要求，又让陶瓷刀具具备一定的颜色，既实用又美观的陶瓷刀具是本研究的宗旨。本文先研究了PSZ陶瓷的稳定剂的种类和加入量，发现3mol%的Y2O3最适合本实验的条件，并且发现3YPSZ的最佳烧结温度为1550℃，11CePSZ的最佳烧结温度为1600℃。发现直接干压成型工艺制备的陶瓷，性能不如干压成型后冷等静压处理这种成型工艺的制品。并且3YPSZ的最佳抗弯强度、维氏硬度、致密度分别为327.8MPa、10.8GPa、98.4%。本文接着用物理混料法和染色液浸泡法研究了黑色3YPSZ-Co3O4陶瓷，发现染色液浸泡法让材料产生更多的宏观和微观上的缺陷，性能不如物理混料法。并且采用物理混料法，在Co3O4的引入量为0.5wt%，在1550℃下烧结2h时，3YPSZ-Co3O4陶瓷的最佳抗弯强度、维氏硬度、致密度分别为355.3MPa、11.2GPa、98.6%。由于单纯通过引入添加剂Co3O4对3YPSZ陶瓷的性能提高不明显，本文就研究了3YPSZ-A12O3复相陶瓷，通过加入弹性模量大而且热膨胀系数相对较小的A12O3弥散相，来尝试对3YPSZ陶瓷材料增韧补强。发现在A12O3的引入量为25wt%，在1600℃下烧结2h时，3YPSZ-A12O3陶瓷的最佳抗弯强度、维氏硬度、断裂韧性、致密度分别为582.4MPa、15.4GPa、6.6MPa.m1/2、98.7%。本文接着用物理混料法和非均相沉淀法制备了蓝色3YPSZ/A12O3-Co3O4陶瓷，发现采用非均相沉淀法让粉末颗粒更加细小，但是形成更多的团聚，煅烧后形成结块，降低了材料的致密度和组织均匀性，性能不如物理混料法。并且采用物理混料法，当Co3O4的引入量为0.25wt%，在1550℃下烧结2h时，3YPSZ/A12O3-Co3O4陶瓷的最佳抗弯强度、维氏硬度、断裂韧性、致密度分别为623.5MPa、16.9GPa、7.2MPa.m1/2、99.1%。本文分别对上述实验结果从宏观性能和微观表征（XRD、SEM）两个方面进行了分析。最后对整个实验作出了总结和展望。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 课题研究的目的与意义
  • 1.2 陶瓷刀具材料概述
  • 1.2.1 陶瓷刀具材料的发展概况
  • 1.2.2 陶瓷刀具材料的种类
  • 1.2.3 陶瓷刀具材料增韧补强机理的研究现状
  • 1.2.4 陶瓷刀具材料的新发展
  • 1.3 ZRO2陶瓷材料的研究现状
  • 1.3.1 ZrO2的基本特性
  • 1.3.2 ZrO2的相稳定及其制备方法
  • 1.3.3 ZrO2的应用分类
  • 1.4 ZRO2基复相陶瓷材料的研究
  • 1.4.1 ZrO2/SiC 复相陶瓷的研究
  • 1.4.2 ZrO2/mullite 复相陶瓷的研究
  • 1.4.3 ZrO2/BN 复相陶瓷的研究
  • 1.4.4 ZrO2/Al2O3复相陶瓷的研究
  • 1.5 彩色 ZRO2陶瓷材料的制备
  • 1.5.1 物理或化学混合引入着色剂法
  • 1.5.2 生坯染色液浸泡法
  • 2 实验内容以及研究方法
  • 2.1 实验原料
  • 2.2 实验所需仪器设备
  • 2.3 实验内容
  • 2.4 性能测试及表征
  • 2.4.1 致密度的测定
  • 2.4.2 抗弯强度测试
  • 2.4.3 维氏硬度测试
  • 2.4.4 断裂韧性测试
  • 2.4.5 物相分析
  • 2.4.6 组织形貌分析
  • 3O4陶瓷力学性能的研究'>3 黑色 3YPSZ-CO3O4陶瓷力学性能的研究
  • 3.1 本实验中 PSZ 陶瓷稳定剂的确定
  • 3.1.1 两种稳定剂及其含量的确定
  • 3.1.2 3YPSZ 与 11CePSZ 性能的比较
  • 3O4陶瓷的制备与表征'>3.2 黑色 3YPSZ-CO3O4陶瓷的制备与表征
  • 3O4陶瓷的制备'>3.2.1 3YPSZ-Co3O4陶瓷的制备
  • 3O4陶瓷性能比较'>3.2.2 两种黑色 3YPSZ-Co3O4陶瓷性能比较
  • 3O4陶瓷的表征分析'>3.2.3 3YPSZ-Co3O4陶瓷的表征分析
  • 3.3 本章小结
  • 2O3复相陶瓷力学性能的研究'>4 白色 3YPSZ-AL2O3复相陶瓷力学性能的研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验方案
  • 2O3复相陶瓷的制备'>4.3 3YPSZ-AL2O3复相陶瓷的制备
  • 2O3复相陶瓷的性能分析'>4.4 3YPSZ-AL2O3复相陶瓷的性能分析
  • 2O3复相陶瓷的表征分析'>4.5 3YPSZ-AL2O3复相陶瓷的表征分析
  • 4.6 本章小结
  • 2O3-Co3O4复相陶瓷力学性能的研究'>5 蓝色 3YPSZ/A12O3-Co3O4复相陶瓷力学性能的研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验方案
  • 2O3-Co3O4复相陶瓷的制备'>5.3 两种 3YPSZ/A12O3-Co3O4复相陶瓷的制备
  • 2O3-Co3O4'>5.3.1 物理混料法制备 3YPSZ/Al2O3-Co3O4
  • 2O3-Co3O4'>5.3.2 非均相沉淀法制备 3YPSZ/Al2O3-Co3O4
  • 2O3-Co3O4复相陶瓷的性能分析'>5.4 3YPSZ/A12O3-Co3O4复相陶瓷的性能分析
  • 3-Co3O4性能分析'>5.4.1 物理混料法制备 3YPSZ/Al2O3-Co3O4性能分析
  • 2O3-Co-3O4性能分析'>5.4.2 非均相沉淀法制备 3YPSZ/Al2O3-Co-3O4性能分析
  • 2O3-Co3O4复相陶瓷的表征分析'>5.5 3YPSZ/A12O3-Co3O4复相陶瓷的表征分析
  • 2O3-Co3O4陶瓷微观分析'>5.5.1 物理混料法制备 3YPSZ/Al2O3-Co3O4陶瓷微观分析
  • O-3-Co3O4陶瓷微观分析'>5.5.2 非均相沉淀法制备 3YPSZ/Al2O-3-Co3O4陶瓷微观分析
  • 5.6 本章小结
  • 6 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文目录
  • 附录 2 彩色氧化锆陶瓷样品照片

    • 相关论文文献

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