上釉和抛光后口腔陶瓷材料力学性能改变的研究进展

口腔陶瓷修复材料在试戴时或固定后需进行调磨，造成修复体的表面损伤，粗糙程度提高，强度下降，使力学性能变化。再上釉、抛光可以减少假体的表面粗糙度，恢复其表面光滑，是目前常用的陶瓷修复体表面处理工艺。上釉和抛光可以改善玻璃陶瓷的表面粗糙度（弯曲强度，硬度，断裂韧性），而且，抛光后的强化效果比上釉好。经过上釉和磨光处理后，氧化锆陶瓷的抗折强度和断裂韧性都得到了改善。学术界的观点比较统一；但是关于硬度变化存有争论，目前已有研究表明，硬度是氧化锆的内在属性，表面加工不能使其硬度发生变化，另外，还有一些研究表明，上釉和抛光可以降低表面裂纹增加氧化锆硬度。     

掺硼改性碳化硼陶瓷的研究

以碳化硼粉、无定形硼粉为主要原料,热压烧结制备了B4C陶瓷.研究了不同的硼加入量和烧成温度对样品致密度和力学性能的影响.结果表明,当硼的加入量为11.6wt%时,样品的硬度、断裂韧性、抗弯强度和弹性模量分别达到32.9GPa、3.53MPa·m1/2、544.8MPa和405.3GPa.利用XRD、SEM测试手段对样品的物相组成和显微结构进行了分析.     

连续刚度法对单晶硅片的力学性能的表征

利用纳米压痕仪通过连续刚度测量法对单晶硅片在压入过程中的接触刚度、硬度、弹性模量进行了连续测量.结果表明:当接触深度在20～32 nm左右时,单晶硅片的接触刚度与接触深度成直线关系,硬度和弹性模量基本保持不变,此时所测得的是单晶硅片表面氧化层的硬度和弹性模量,分别约为10.2 GPa和140.3 GPa.当接触深度在32～60 nm左右时,单晶硅片的接触刚度与接触深度成非直线关系,硬度和弹性模量随接触深度急剧增加,表明单晶硅片表面氧化层的硬度和弹性模量受到了基体材料的影响.当接触深度在60 nm以上时,单晶硅片的接触刚度与接触深度成直线关系,硬度和弹性模量基本保持不变,测得值为单晶硅的硬度和弹性模量,分别约为12.5 GPa和165.6 GPa.     

ZrO2纳米颗粒的添加对ZrO2/HA复合陶瓷物相和力学性能的影响

将液相掺杂CeO2和Fe2O3的钇稳定四方ZrO2纳米粉作为着色剂添加到微米ZrO2/HA体系中,1400℃烧结制备了ZrO2/HA纳米复合陶瓷.利用X射线衍射分析了复合陶瓷的物相组成;三点弯曲法、单边切口梁法及压痕法测试了陶瓷的力学性能;讨论了纳米氧化锆的添加对复合陶瓷力学性能及物相组成的影响,分析纳米氧化锆导致复合陶瓷力学性能改变的原因.根据复合陶瓷断裂前后单斜相氧化锆的含量变化,证实氧化锆纳米粉的添加不仅有利于复合陶瓷中四方相氧化锆的稳定存在,而且可以提高基体相变四方相氧化锆的含量,相变增韧作用加强.力学性能测试结果显示:体系中适量纳米氧化锆的存在可以提高材料的抗弯强度和断裂韧性20%以上,密度和硬度少量增加,但由于没有新物相引入,对弹性模量未造成影响.     

高温热循环对ADZ复相陶瓷性能的影响

以共沉淀法制备了钇稳定氧化锆溶胶,再与Al2O3微粉混合,通过干压成型和常压烧结工艺制备ADZ复相陶瓷。通过检测复相陶瓷的相对密度、硬度、常温抗弯强度和断裂韧性,研究1400℃热循环过程对ADZ复相陶瓷烧结性能、力学性能及微观结构的影响,并通过SEM方法对热循环后试样的微观结构进行表征。结果表明:随着1400℃热循环过程的增加,ADZ复相陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧性均有不同程度的升高,最高值分别可达16.07 GPa,921 MPa和8.06 MPa·m1/2,提升幅度分别为3%、39%和10%,相对密度在98%以上。物相分析表明有34%的m-ZrO2向t-ZrO2转变,断口穿晶断裂增多。     

氧化铈稳定氧化锆四方多晶体的制备及其力学性能研究

选用价格便宜的CeO_2作稳定剂,制备了高性能的四方氧化锆增韧陶瓷Ce-TZP。与Y-TZP相比,这种新材料晶粒尺寸较为粗大,t-ZrO_2→m-ZrO_2相变临界尺寸较大,从而不需用超细粉末做原料即可制得性能较好的增韧ZrO_2陶瓷。试验发现,添加适量的Al_2O_3和TiO_2可使烧结温度明显降低,同时力学性能得到大幅度提高。本文对此进行了初步探讨并利用XRD、SEM及EDAX等实验手段对力学性能与显微结构的关系进行了初步的理论分析。本研究取得最高Vickers硬度值约9GPa,最高抗弯强度约为2.1GPa(标准离差0.63GPa),最高断裂韧性约14MPa·m~(1/2)(标准离差1MPa·m~(1/2))。     

前驱体法制备B4C-TiB2复相陶瓷及其性能研究

以B4C粉、钛酸四丁酯为主要原料，通过烧结过程中的原位反应，在2100℃热压烧结制备了B4C—TiB2复相陶瓷。分别采用XRD和SEM分析了其物相组成和显微结构，并测试了其致密度和力学性能。结果表明，在B4C基体中生成了弥散分布的超细TiB2颗粒，TiB2的引入使样品的致密度提高。添加2vol％TiB2的样品的硬度、抗弯强度、弹性模量和断裂韧性分别达到了31GPa、586．6MPa、4087GPA和7.61MPa.m^1/2，比相同条件下制备的碳化硼单相陶瓷均有提高。     

气压烧结TiB2-Al2O3复相陶瓷的显微结构与力学性能

以2.5%(质量分数,下同)Ni为助烧剂,用气压烧结方法分别制备了含20%,30%和50%Al2O3的TiB2-Al2O3复相陶瓷.通过扫描电镜观察样品的形貌,并研究了Al2O3含量对材料显微结构和力学性能的影响.结果表明:金属Ni能有效地促进材料的致密化;随着Al2O3含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性增加,弹性模量出现峰值,Vickers硬度降低,Rockwell硬度变化不大.在加入30%Al2O3时,得到了显微结构均匀,性能较好的TiB2-Al2O3复相陶瓷,其抗弯强度可达520MPa,弹性模量达339GPa,Rockwell硬度达92.6.     

碳化硅/石墨复合陶瓷密封材料的显微结构与性能

以碳化硅微粉为原料、石墨为固体润滑添加剂,采用无压烧结技术制备碳化硅/石墨复合陶瓷密封材料,研究了石墨添加量对复合陶瓷密封材料烧结性能、显微结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果表明,加入的石墨能以片状颗粒形态均匀分布在碳化硅陶瓷基体中;随着石墨添加量增加,复合陶瓷密封材料的体积密度、抗弯强度、弹性模量、断裂韧性、硬度均逐渐降低,但干、湿静摩擦系数则随之减小;当石墨添加量达到20%(质量分数)时,复合陶瓷的相对密度仅为90.6%,弯曲强度降至189 MPa,弹性模量降至295 GPa,断裂韧性为1.82 MPa·m1/2,Vickers硬度为19.2 GPa,而干、湿摩擦系数则分别减小到0.14和0.10。综合考虑复合陶瓷的力学性能和摩擦性能,石墨添加量控制在10%~15%之间为宜。     

Ce0.95SnxPr0.05-xO2系红色颜料及黄色氧化锆陶瓷的制备及性能探究

现如今大多数无机颜料含有Cd、Co、Cr、Hg等有毒元素，它们在使用过程中的析出会对环境和人体健康造成危害，所以需要研发环境友好型颜料来替代含有有毒元素的无机红色料。通过一定的工艺流程制备出一系列化学式为Ce_0.95Sn_xPr_0.05-xO₂(x范围为0～0.05)的颜料，得到的颜料颜色从深红色到砖红色再到浅白黄色，合成的颜料应用于彩色氧化锆陶瓷中，得到橙黄色至淡黄色到浅白黄色的陶瓷片样品。陶瓷样品的维氏硬度在11.33～12.97 GPa之间，断裂韧性在5.8～6.5 MPa?m^1/2之间；L*均在80以上，b*在19.5以上。结果表明：合成的红色颜料颜色饱满可调，可以成为传统有毒颜料的替代品；得到的氧化锆陶瓷样品均为纯四方相氧化锆，以化学式Ce_0.95Sn_0.01Pr_0.04O₂为颜料合成的陶瓷样品颜色显示效果最好(L*=83.81、a*=6.47、b*=31.77)。     

烧结温度对氧化锆陶瓷相组成及力学性能的影响

本文以经900 ℃、1000 ℃和1100 ℃三种不同温度煅烧处理的3mol%的氧化钇稳定氧化锆粉体为原料,在1450 ℃、1500 ℃和1550 ℃三个温度下烧结致密块体陶瓷.并测定了烧结体的相组成、密度、硬度和断裂韧性等性能.结果表明:经高温煅烧的粉体的烧结致密度随烧结温度的上升而提高;材料的硬度随密度的增加而相应提高;烧结氧化锆的断裂韧性指标主要与材料中亚稳四方相含量有关.     

不同烧结法对3Y-TZP陶瓷力学性能的影响

本文研究了低温烧结含3mol%氧化钇的四方多晶氧化锆(3Y-TZP)的烧结性能和力学性能,以及进行热等静压(HIP)后其力学性能的变化。成形后的3Y-TZP在常压、1300～1450℃温度下进行烧结。由于该粉料有很高的烧结活性,在1300℃低温烧成下就可获得相对密度大于94%的烧结体;在1350℃烧成温度下3Y-TZP获得了最佳的力学性能。其断裂韧性(KIC)和维氏硬度(HV)分别达到18.7MPa.m1/2和13.7GPa,其中应力诱导相变是其主要的增韧机理。对低温烧成的3Y-TZP陶瓷进行热等静压烧结后发现,HIP增大3Y-TZP陶瓷HV的作用显著,可使其增至14.3GPa。     

纳米B6O-B4C超硬复合材料的高温高压烧结与表征

B6O是近几年来在国际上引起广泛关注的一种新型超硬材料。它具有低密度、高导热性、耐磨性、高硬度和较好的化学稳定性。在高温高压（3～5GPa,1500～1900K）下通过“一步法”合成了高性能纳米结构B6O超硬复合材料,并分析了合成压力、合成温度、初始材料等条件,对合成样品的物理化学性能、微观结构、相组成的影响。合成样品中B6O微粒在几十到几百纳米之间,属纳米级别。试验在较低的压力下（～3GPa）合成烧结良好的圆柱形样品,用维氏硬度计测量其硬度在32GPa,跟立方氮化硼复合片（PcBN）硬度相当,并且具有较好的断裂韧性。最初的切削实验表明以烧结良好的B6O复合材料制成的工具样品可以高速、干式切削各种陶瓷、金属材料。     

Zr-Cr-Al-C化合物结构与力学性质的第一性原理模拟

三元层状陶瓷因兼具金属和陶瓷的优点而被广泛研究。本文采用第一性原理CASTEP软件计算了两种三元层状陶瓷—Cr_2AlC和Zr_4Al_3C_6的结构和力学性质。结构优化后,这两种化合物的晶格常数与实验值符合地很好,说明了计算结果可靠。Cr_2AlC的体弹性模量为179.5GPa,剪切模量为154.2GPa,维氏硬度28.9GPa;Zr_4Al_3C_6的体弹性模量为202.7GPa,剪切模量为157.6GPa,维氏硬度25.8GPa。     

基于正交试验的超重力场燃烧合成Al_2O_3-ZrO_2(4Y)工艺参数优化

采用正交试验法对超重力场燃烧合成Al2O3-Zr O2(4Y)共晶复合陶瓷的工艺参数进行优化,以产品的相对密度、维氏硬度、断裂韧性为综合评定指标,得到其优选实验方案为:超重力系数为250 g,添加剂Si O2含量为6 wt%,绝热燃烧温度为3250 K。采用SEM与EDS分析了优选实验条件下制备的复合陶瓷的微观组织和化学成分,并测得其相对密度、维氏硬度、断裂韧性分别可达99.5%、20.2 GPa和16.8 MPa·m1/2。     

ZrO2-Al2O3-TiC纳微米复合陶瓷模具材料的研究

以钇稳定四方氧化锆(Y-TZP)、Al2O3、纳米级的TiC为主要原料,采用真空热压烧结工艺,制备了ZrO2-Al2O3-TiC纳微米复合陶瓷模具材料.研究了该材料的力学性能和微观结构.研究结果表明:当TiC含量为20vol%,Y2O3含量为3mol%时,制备的ZrO2-Al2O3-TiC复合陶瓷模具材料具有良好的力学性能.抗弯强度、断裂韧性和硬度分别达到824 MPa、10.7 MPa·m1/2和11.67 GPa.晶粒细化、穿晶断裂、颗粒桥联、裂纹偏转和相变增韧是主要的增韧补强机理.     

高性能氧化锆陶瓷最优工艺研究

通过共沉淀法制备了高性能Y-ZrO_2陶瓷,研究了等静压压力、烧结温度和保温时间对氧化锆陶瓷相对密度、抗弯强度、硬度和断裂韧性的影响。结果表明,随等静压压力的增大,相对密度和抗弯强度增大,硬度和断裂韧性变化不大;随烧结温度的升高和保温时间的延长,相对密度和抗弯强度先增大后减小,硬度和断裂韧性先增大后略有下降。在等静压压力200MPa、1450℃烧结、保温2h时获性能最高的氧化锆陶瓷材料。     

位移敏感压痕技术评价SiC硬质膜的力学性能

为了解决SiC硬质膜力学性能难测试的问题,提出以Oliver-Pharr模型为基础的位移敏感压痕技术来评价SiC硬质膜的硬度及弹性模量.为了解其可靠性,将此方法用于普通玻璃和不锈钢作为参考.选用厚度为315±15 μm的化学气相沉积(CVD)SiC硬质膜作为样品,实验以0.5 N/s的载荷速度进行加卸载,载荷峰值取10～30 N,结果表明:位移敏感压痕法计算出的普通玻璃和不锈钢的硬度分别为6.5 GPa和1.7 GPa,传统显微硬度计测试出的结果分别为5.3 GPa和1.8 GPa,其值比较接近;此方法计算出普通玻璃和不锈钢的弹性模量分别为65.1 GPa和178.4 GPa,与实际值70 GPa和190 GPa误差很小,因此表明该方法可靠性良好.利用位移敏感压痕技术得知CVD SiC硬质膜的硬度和弹性模量为37.7 GPa和456.4 GPa.另外根据维氏压痕形貌,应用JISR1607-1990标准,Anstis,Evans&Charles三断裂韧性公式,计算出普通玻璃和CVD SiC硬质膜KIC均值分别为0.78 MPa·m1/2和2.70 MPa·m1/2.此方法可广泛用于评价硬质膜的硬度和弹性模量等力学性能.     

浆料直写成形ZrO_2陶瓷制备及烧结

为浆料直写成形工艺制备了一种高固相含量的水基ZrO_2陶瓷浆料,并用该工艺打印陶瓷坯体,1350～1550℃烧结后制备ZrO_2陶瓷样品。研究烧结温度对样品收缩率、密度、气孔率、相结构、力学性能、微观形貌和表面质量的影响,并与其他制造工艺进行性能比较。结果表明:在1550℃烧结2 h,直写成形ZrO_2陶瓷综合性能最佳,其晶粒细小、显微结构均匀、致密性好,相对密度、抗弯强度、硬度和断裂韧性分别为99.2%、676MPa、12.5 GPa和6.2 MPa·m~(1/2)。在挤出增材制造工艺中,烧结样品具有高的致密度和优异的力学性能。     

以TiC_(0.4)为空位源制备高熵陶瓷硬质材料

采用机械合金化法(MA)合成了具有面心立方结构,高浓度C空位缺陷的非化学计量比TiC_(0.4),以TiC_(0.4)为主体,通过添加过渡金属碳(氮)化物,利用SPS烧结技术在高温条件下烧结制备了高熵陶瓷,应用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法,研究了不同组元高熵陶瓷的物相、显微结构、元素分布、相对密度和力学性能。研究表明:在1600℃高温烧结条件下,不同组元高熵陶瓷的相对密度变化不大,硬度、断裂韧性随新组元NbC、TaC的加入逐渐增大,其中五组元高熵陶瓷维氏硬度达到25.2 GPa,其断裂韧性达到8.2 MPa·■。