论文题目: 纳米技术制备ZTA复合陶瓷材料的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料学
作者: 于庆华
导师: 郑少华,王介强
关键词: 复相陶瓷,纳米,液相沉淀,无压烧结,相变,增韧
文献来源: 济南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文系统的研究了以廉价无机盐为原料,采用液相沉淀法制备3Y-ZrO2/Al2O3纳米复合粉体的工艺条件,研究了复合粉体的成型和烧结性。以自制的粉体为原料,制备了ZTA（ZrO2 Toughening Al2O3）复相陶瓷材料,并对其组织结构和力学性能进行了研究,对强韧化机理进行了探讨。以NH4HCO3为沉淀剂,生成的沉淀物前驱体为碱式碳酸盐,分散性好,避免了羟基缩合导致的硬团聚,利用XRD、SEM、TEM、LDS等先进测试手段对所制备的粉体进行表征,发现母盐溶液的滴定速度是制备超微粉体的关键。另外通过添加5wt%α-Al2O3籽晶改性等手段,可以降低Al2O3的结晶温度。结果表明加分散剂、控制滴定速度小于2mL/min,合成的前驱体在1000℃煅烧制备了分散性良好、两相分布均匀的ZrO2/Al2O3纳米复合粉体,其中Al2O3直接由非晶转变为α-Al2O3,ZrO2一直以四方相存在,复合粉体颗粒大小约10nm,粒度分布均匀,具有较好的烧结活性,在1550℃无压烧结后烧结体致密度可达98.5%,烧结体具有均匀细致的微观结构,ZrO2均匀分布在基体Al2O3晶间和晶内。通过对力学性能的测试发现,1550℃所得陶瓷的性能最好,升高烧结温度,晶粒长大,力学性能下降。研究了不同稳定剂及用量对ZTA陶瓷性能的影响,结果表明不同稳定剂及用量影响了陶瓷在烧结和受力过程中的物相变化,以至于影响了陶瓷的微观形貌和致密度,其力学性能的差异较大。0Y-ZTA陶瓷在粉体制备和烧结过程中大部分ZrO2已转变为单斜相,其增韧机理主要是微裂纹增韧和残余应力增韧;3Y-ZTA具有最好的致密度和微观结构,最高的力学性能,6Y-ZTA和12Ce-ZTA烧结体内含有较多的气孔,断裂方式也转变为穿晶断裂和沿晶断裂混合模式。所有ZTA陶瓷断面上氧化锆均发生了不同程度的相变。研究了不同ZrO2含量对ZTA复相陶瓷的影响,ZrO2抑制了Al2O3晶粒的生长,ZrO2含量越高越容易形成晶间型结构,而不是被包裹形成内晶,对Al2O3晶界的钉扎作用越来越强,Al2O3的晶粒越小,随着晶粒的细化,力学性能不断提高。ZTA陶瓷的主要增韧机制是相变增韧和纳米第二相粒子增韧的结合,晶间型的ZrO2主要发挥相变增韧、裂纹的偏转与桥联作用;内晶强化、晶粒细化是内晶型ZrO2提高复合材料韧性的主要原因。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 ZrO_2/Al_2O_3 纳米复合粉体制备综述
1.2.1 纳米粉体制备高性能陶瓷的意义
1.2.2 纳米粉体制备方法简介
1.2.3 粉体制备过程中团聚体的消除和抑制
1.2.4 利用添加籽晶的方法对粉体改性
1.3 ZTA 纳米复相陶瓷材料
1.3.1 氧化铝的结构与性能
1.3.2 ZrO_2 的结构与性能
1.3.3 ZTA 纳米复相陶瓷的发展
1.4 研究的目的与内容
1.4.1 研究的目的
1.4.2 研究的内容
参考文献
第二章 液相沉淀法制备ZrO_2/Al_2O_3 纳米复合粉体
2.1 实验原料
2.2 实验方法
2.2.1 复合粉体的制备
2.2.2 粉体的表征
2.3 实验反应原理分析
2.3.1 前驱物的IR 分析
2.3.2 实验反应原理
2.4 滴定速度对粉体性能的影响
2.4.1 滴定速度对实验过程的影响
2.4.2 滴定速度对前驱体成分的影响
2.4.3 滴定速度对粉体形貌的影响
2.4.4 湿化学法粉体制备过程团聚的形成机制
2.5 复合粉体煅烧过程中的物相变化及影响因素
2.5.1 前驱体煅烧过程中的物相变化
2.5.2 籽晶对粉体物相变化的影响
2.6 煅烧温度对粉体性能的影响
2.6.1 煅烧温度对粉体形貌的影响
2.6.2 煅烧温度对粉体颗粒粒度分布的影响
2.7 利用液相包裹法制备复合粉体
2.7.1 实验过程
2.7.2 前驱体及其煅烧产物的性能
2.8 本章小结
参考文献
第三章 ZTA 纳米复相陶瓷的烧结
3.1 粉体成型和烧结
3.2 烧结体性能测试
3.2.1 相对密度及收缩率的测试
3.2.2 弯曲强度的测试
3.2.3 显微硬度测试
3.2.4 断裂韧性的测试
3.2.5 物相组成与微观结构的观察
3.3 不同煅烧温度对粉体可烧结性的影响
3.3.1 不同煅烧温度对粉体成型性能的影响
3.3.2 不同煅烧温度对粉体烧结性的影响
3.3 粉体煅烧温度对烧结体微观结构及性能的影响
3.3.1 烧结体的微观结构分析
3.3.2 “内晶型”与“晶间型”结构的形成机理
3.3.3 粉体煅烧温度对烧结体力学性能的影响
3.4 不同的烧结温度对ZTA 陶瓷的性能影响
3.4.1 烧结体的致密化
3.4.2 烧结体的微观结构分析
3.4.3 烧结体的力学性能
3.5 不同方法制备的粉体的烧结性
3.5.1 微观结构比较
3.5.2 烧结致密度比较
3.5.3 力学性能的比较
3.6 本章小结
参考文献
第四章 ZTA 陶瓷的力学性能及增韧机制
4.1 不同稳定剂对ZTA 陶瓷的影响
4.1.1 实验样品种类
4.1.2 不同稳定剂的ZTA 陶瓷在烧结过程中的物相变化
4.1.3 不同稳定剂的陶瓷烧结体的微观结构
4.1.4 不同稳定剂对ZTA 陶瓷力学性能的影响
4.2 不同氧化锆含量对ZTA 陶瓷性能的影响
4.2.1 试样种类
4.2.2 ZTA 陶瓷成份分析
4.2.3 不同氧化锆含量的ZTA 陶瓷的微观结构
4.2.4 不同氧化锆含量的ZTA 陶瓷的力学性能
4.3 ZTA 复相陶瓷的强韧化机理
4.3.1 相变增韧机理分析
4.3.2 第二相增韧机理
4.4 本章小节
参考文献
第五章 结论与创新点
5.1 结论
5.2 本论文的创新点
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
发布时间: 2006-12-28
参考文献
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