以高爐渣為助燒劑制備ZTA陶瓷及其性能研究.pdf

1、ZTA陶瓷由于其高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕、耐磨損及高性?xún)r(jià)比等特點(diǎn)，是目前使用廣泛的一種工程陶瓷材料，同時(shí)，高的燒結(jié)溫度是影響ZTA陶瓷成本及制約其應(yīng)用領(lǐng)域的重要因素。常用的助燒劑中，固相添加劑降低燒結(jié)溫度不明顯且仍難有效使ZTA陶瓷低溫致密化，液相添加劑導(dǎo)致室溫下ZTA陶瓷中存在玻璃相而降低了材料力學(xué)性能。本文將使用具有析晶特性的玻璃態(tài)工業(yè)廢棄物高爐渣為燒結(jié)助劑，既降低了ZTA陶瓷的燒結(jié)溫度，又提高了陶瓷的力學(xué)性能，具有工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保

2、、實(shí)用性高等優(yōu)點(diǎn)。
　　為了更加全面地探究添加高爐渣作為助燒劑對(duì)ZTA陶瓷的物理性能、力學(xué)性能、顯微結(jié)構(gòu)的影響，文中首先利用 X熒光光譜儀（XRF）、X射線(xiàn)衍射儀（XRD），差示掃描量熱分析（DSC）、激光粒度分析儀和掃描電鏡（SEM）等對(duì)高爐渣及爐渣微粉的化學(xué)組成、物化特性、熱學(xué)特性及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和分析。結(jié)果表明，水淬高爐渣主要為玻璃態(tài)物質(zhì)，其化學(xué)組成為CaO、SiO2、Al2O3、MgO等，為制備陶瓷及其燒結(jié)助劑的主要成

3、分；DSC和XRD分析表明，在不添加晶核劑的情況下，爐渣玻璃體的析晶溫度在850～950℃左右，晶化后的主晶相為鈣黃長(zhǎng)石，微晶粒徑為1?m左右，表明高爐渣具有較高的析晶活性。
　　其次，依次研究了ZrO2與Al2O3配比、傳統(tǒng)固相添加劑TiO2、液相復(fù)合添加劑SiO2/CaO，以及高爐渣的添加量在不同溫度下對(duì)ZTA陶瓷性能的影響。研究表明，含30wt％ZrO2，1600℃燒結(jié)2小時(shí)后，ZTA陶瓷的抗彎強(qiáng)度為225MPa、斷裂韌性為

4、2.63MPa·m1/2，但SEM分析表明，無(wú)助燒劑時(shí)，該燒結(jié)溫度下材料難以致密；引入2wt%TiO2固相添加劑1600℃燒結(jié)2小時(shí)，ZTA抗彎強(qiáng)度為330MPa，但是相對(duì)密度也僅有90%，表明固相添加劑助燒結(jié)作用有限；引入液相復(fù)合添加劑SiO2/CaO達(dá)5wt%時(shí)，經(jīng)1600℃燒結(jié)2小時(shí)，ZTA陶瓷相對(duì)密度可達(dá)94%，但抗彎強(qiáng)度有所下降（300MPa），這是由于液相添加劑的引入在晶界處形成玻璃相，影響了材料的力學(xué)性能；添加5wt%高爐

5、渣，1550℃燒結(jié)2小時(shí)，降溫到950℃保溫1h熱處理，ZTA陶瓷相對(duì)密度達(dá)到97%，抗彎強(qiáng)度達(dá)到375MPa、斷裂韌性為3.97MPa·m1/2，通過(guò)XRD與SEM分析表明，此時(shí)ZTA晶界玻璃相中析出鈣黃長(zhǎng)石微晶，形成的微晶玻璃能有效的提高陶瓷的力學(xué)性能。
　　最后，研究了原料 Al2O3粒度和成型壓力對(duì) ZTA陶瓷性能的影響。研究表明，高能球磨能明顯降低Al2O3粉體粒度，高能球磨40min，粉體粒度達(dá)0.43?m，時(shí)間繼續(xù)延