Al<,2>O<,3>-ZrO<,2>-YAG复相陶瓷的制备及性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangleisxh1234
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钇铝石榴石(YAG,Yttrium Aluminum Garnet)是已知抗蠕变性能最好的氧化物材料,四方氧化锆多晶陶瓷(TZP,Tetragonal Zirconia Polycrystalline)具有高强度和强韧性,同时a-Al2O3与YAG都具有高的熔点和相近的热膨胀系数,因此,这三种材料的复合具有诱人的前景。本文介绍了复相陶瓷(Multiphase Composite Ceramic)的相关概念以及制备工艺,综述了Al2O3-ZrO2-YAG共晶的研究现状,发现目前对Al2O3-ZrO2-YAG复合材料的研究多集中在对Al2O3-ZrO2-YAG共晶的制备及其应用上。本文采用共沉淀法在低温原位合成Al2O3-ZrO2-YAG复合粉末以及YAG+Al2O3-ZrO2混合粉末,然后按照传统的粉末冶金法,用干压法制备所需形状的块体,然后用无压烧结,制得Al2O3-ZrO2-YAG复相陶瓷,并测试其力学性能。研究发现,经1100℃、5小时的煅烧,Al-Y-O预合成粉末可以合成YAG,而Al-Zr-Y-O预合成粉末中只有四方相的ZrO2,这表明ZrO2抑制了Al2O3和YAG晶粒的生长,同时Al2O3和YAG也抑制了ZrO2由四方相向单斜相的转变。Al-Zr-Y-O预合成粉末经1580℃、1小时煅烧可以合成相组份为a-Al2O3、四方相ZrO2和YAG的复合粉末。共沉淀法制备的Al2O3-ZrO2-YAG复合粉末颗粒形状规则,粒径在100nm左右。且Al2O3-ZrO2-YAG复合粉末具有优于YAG+Al2O3-ZrO2混合粉末的烧结活性,在相同的条件下可以制备相对密度更高、力学性能更好的陶瓷材料。这说明,各种元素在液相中在离子水平混合,可以使陶瓷粉末中相应组分分布更为均匀,弥散性能更好。在本研究中,Al2O3-ZrO2-YAG复合粉末经过模压成型、冷等静压处理、脱脂后,在1400℃×1h+1520℃×1.5h+1640℃×2h制度下可制得相对密度为96%的烧结体,其抗弯强度为299.75MPa,维氏硬度为17.95GPa,断裂韧性为12.25MPam1/2。烧结体相组成为a-Al2O3、四方相ZrO2和YAG;其断口晶粒发育完整,晶粒之间结合紧密,存在穿晶断裂的痕迹。
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