鋯英石-氧化鋁反應燒結制備穩(wěn)定氧化鋯-莫來石復相陶瓷的研究.pdf

1、穩(wěn)定氧化鋯/莫來石復相陶瓷作為一種復合陶瓷材料,由于其良好的熱穩(wěn)定性、低熱膨脹性、良好的韌性和高強度,越來越受到材料研究者的青睞。本論文繞過含鋯礦物至高純 ZrO2的提純過程,直接利用鋯英石精礦,添加定量氧化鋁并選用適當的ZrO2穩(wěn)定劑,通過反應燒結工藝制備了穩(wěn)定氧化鋯/莫來石復相陶瓷,并對制得的穩(wěn)定 ZrO2/莫來石材料物相、顯微結構、力學性能及抗熱震性能等進行了表征與分析。
　　本研究首先向鋯英石粉體中添加不同的添加劑(Y2O

2、3或CeO2),采用常壓燒結工藝,在1475℃-1650℃范圍內對樣品進行了燒結研究,采用阿基米德法、XRD、SEM、微區(qū)元素分析等表征方法對燒結樣品的體積密度、物相變化、元素組成進行了分析,并對該燒結反應的發(fā)生熱力學條件進行計算。結果表明,在1475℃-1600℃溫度范圍內燒成溫度和添加劑含量的增加均能提高材料的致密度;燒成溫度的提高促進了ZrSiO4的分解,隨著Y2O3添加量的增加其分解程度增大,CeO2的加入會抑制其分解;兩種添加

3、劑均能對分解出來的ZrO2進行晶型穩(wěn)定;通過熱力學分析知,當溫度高于1094℃時,ZrSiO4和Al2O3才有可能發(fā)生反應生成莫來石和ZrO2。其次,在上述實驗結果和理論探討的基礎上以ZrSiO4和Al2O3為原料制備ZrO2與莫來石復相陶瓷,通過添加不同量的Y2O3控制ZrO2單斜相與穩(wěn)定相的比例,并對復相陶瓷的結構、物相和力學性能及抗熱震性能進行研究。結果表明,1575℃添加4.34wt.％Y2O3時樣品晶粒大小趨于一致且排列緊密,

4、體積密度最大,達3.58g/cm3;1575℃燒成樣品,隨著Y2O3添加量的增加,樣品中四方相ZrO2的含量逐漸增加,當含量超過4.34wt.%時,樣品中 ZrO2全部為穩(wěn)定相;隨著燒成溫度提高,材料抗彎強度增加,添加量小于4.34wt.%范圍內隨著添加量的增加抗彎強度增加,1575℃燒成添加4.34wt.%Y2O3樣品強度最大,達232MPa,在熱沖擊作用會使穩(wěn)定 ZrO2向單斜相轉變,樣品抗彎強度隨著熱震次數的增加而減小,部分穩(wěn)定