納米3Y-TZP陶瓷粉體的表面修飾及性能的研究.pdf

1、納米陶瓷粉體由于尺寸小、比表面積大，活性高，燒結(jié)過(guò)程中極易團(tuán)聚長(zhǎng)大，從而失去其優(yōu)良的性能。為了改善納米粉體的這種弊端，本論文采用了粉體表面修飾的方法，以期獲得性能良好的陶瓷體。 本論文以ZrOCl2·8H2O和YCl3為主要原料，采用共沉淀-凝膠法制備了一次平均粒徑約為8.9nm，形狀為類球形的納米3Y-TZP陶瓷粉體。利用CVD法對(duì)納米3Y-TZP陶瓷粉體進(jìn)行表面包碳修飾，獲得了具有較好晶型結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸細(xì)小，碳含量不同(0～

2、7.0wt％)的碳包3Y-TZP粉體。 對(duì)不同碳含量的3Y-TZP進(jìn)行通常無(wú)壓燒結(jié)和兩步法燒結(jié)。研究了碳包3Y-TZP在不同燒結(jié)工藝下的燒結(jié)行為及其微觀結(jié)構(gòu)，探討了碳含量與獲得晶粒細(xì)小且致密度高的3Y-TZP陶瓷的內(nèi)在聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與未包碳的試樣相比，表面包裹少量碳的3Y-TZP經(jīng)兩步燒結(jié)法，即先加熱到1250℃保溫5min，然后快速冷卻到1150℃保溫6h，有效降低了晶粒尺寸，提高了燒結(jié)體的密度。隨著碳含量的繼續(xù)增加，晶

3、粒尺寸減小，但由于過(guò)多的碳?xì)饣笏鶜埩舻臍饪讛?shù)量較多，致使材料密度降低；當(dāng)碳含量為1.5wt％時(shí)，燒結(jié)體的體積密度達(dá)到最大值，其值為5.890g/cm3(相對(duì)密度為97.2％)。采用真空燒結(jié)，由于碳沒(méi)有被氧化，包裹層的存在阻止了晶界的擴(kuò)散，延緩了陶瓷體燒結(jié)的致密化過(guò)程，燒結(jié)性能較差。 對(duì)經(jīng)通常無(wú)壓燒結(jié)和兩步法燒結(jié)的碳包3Y-TZP材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和增韌機(jī)理研究，分析了3Y-TZP力學(xué)性能、碳含量、燒結(jié)工藝和顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系。研

4、究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：表面包裹少量碳的3Y-TZP采用兩步燒結(jié)，由于結(jié)構(gòu)致密和ZrO2相變?cè)鲰g的共同作用，材料具有了較高的維氏硬度和斷裂韌性；隨著碳含量的繼續(xù)增加，材料致密度降低，同時(shí)未被氧化的碳破壞了陶瓷相的連續(xù)性，致使材料力學(xué)性能下降；碳含量為1.5wt％時(shí)，材料的維氏硬度和斷裂韌性達(dá)到最大值，分別為12GPa和7.41MPa.m1/2。 利用有機(jī)改性劑(月桂酸)對(duì)納米3Y-TZP粉體進(jìn)行有機(jī)改性。初步討論了采用有機(jī)改性劑改性對(duì)納米3

5、Y-TZP粉體及坯體性能的影響，闡述了月桂酸的用量、改性時(shí)間、溫度各種因素對(duì)氧化鋯粉體改性效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：納米3Y-TZP粉體表面改性的最佳工藝為：改性劑用量為10％，改性時(shí)間為75min，改性溫度為60℃。通過(guò)對(duì)樣品紅外光譜及粉體極性變化的分析，確實(shí)證明了有機(jī)改性劑在粉體表面的存在以及氧化鋯良好的有機(jī)改性。粉體表面由多羥基結(jié)構(gòu)變?yōu)橛袡C(jī)長(zhǎng)鏈單分子吸附膜，極性改變，從而使粉體間的作用力減小，硬團(tuán)聚消除，大幅度提高了坯體的致密度。