Al_2O_3/ZrO_2层状复合陶瓷的结构设计与性能

以ZrO2 为基本组成相的层状材料 ,采用干法成型工艺 ,通过对表面层不同组分Al2 O3+ZrO2 和表面厚度的系统研究和设计 ,提出设计三层结构复合陶瓷层裂参数λ ,当λ小于 1.5时 ,表面层不会出现层裂 ,整体材料性能较好 .研究表明 ,表面残余压应力的存在 ,使得三层结构复合陶瓷较单层结构陶瓷表现出更高的强度、硬度、断裂韧性和其他性质 .45 %Al2 O3/ZrO2 / 45 %Al2 O3层状复合陶瓷的弯曲强度达 682MPa,断裂韧性达 16.2MPa·m1 /2 ;而单层ZrO2 陶瓷的弯曲强度和断裂韧性分别仅为 45 0MPa和 8.8MPa·m1     

Al2O3/ZrO2层状复合陶瓷的结构设计与性能

以ZrO2为基本组成相的层状材料,采用干法的成型工艺,通过对表面层不同组分Al2O3 ZrO2和表面厚度和系统研究和设计,提出设计三层结构复合陶瓷层裂参数λ,当λ小于1．5时,表面层不会出现层裂,整体材料性能较好,研究表明,表面残余压应力的存在,使得三层结构复合陶瓷较单层结构陶瓷表面出更高的强度,硬度,断裂韧性和其他性质,45％Al2O3/ZrO2/45%Al2O3层状复合陶瓷的弯曲强度达682MPa,断裂韧性达16.2Pa.m^1/2;而单层ZrO2陶瓷的弯曲强度和断裂韧性分别仅为450MPa和8.8MPa.m^1/2.     

ZrO2/Al2O3复相陶瓷的制备及性能研究

本文以工业用ZrO2和α-Al2O3微粉为原料,通过干压成型和常压烧结工艺制备ZrO2/Al2O3复相陶瓷.通过检测复相陶瓷的体积密度、显气孔率、常温抗折强度、烧后线变化率和热震稳定性,研究不同α-Al2O3微粉加入量及添加剂Y2O3对ZrO2/Al2O3复相陶瓷烧结性能、常温强度、热震稳定性及微观结构的影响,并通过SEM方法对烧后试样的微观结构进行表征.结果表明:系统配料中加入Al2O3会降低ZrO2/Al2O3复相陶瓷的致密度,常温强度随着Al2O3加入量增大而呈现先增大后减小趋势,然而热震稳定性有一定程度改善.Y2O3作为一种助烧剂可以促进ZrO2/Al2O3复相陶瓷结构内晶粒长大,加入Y2O3有利于增强复相陶瓷的烧结性.     

ZrO2含量对Al2O3/ZrO2复相陶瓷微观结构和力学性能的影响

本研究以耐磨结构陶瓷的应用为目标,研究了Al2O3-ZrO2复相陶瓷中加入不同的ZrO2陶瓷材料对微观结构及其力学性能的影响,分析了ZrO2在复相陶瓷中所起的作用.结果表明:随ZrO2含量的增加,在相同烧结温度下,晶粒变小,材料的力学性能提高.当ZrO2加入量为55％时,复相材料的抗折强度503MPa,断裂韧性12.80 MPa·m1/2,密度4.88 g·cm-3,硬度(HV)为1432 kg ·mm-2.探讨了Al2O3/ZrO2复相陶瓷的增韧机理.     

ZrB2-ZrO2陶瓷的抗热震和抗氧化性能

通过沉淀法制备了纳米ZrO2包覆ZrB2颗粒的ZrB2--ZrO2复合粉体,采用放电等离子烧结技术,在30 MPa,1 900℃保温10 min烧结得到ZrB2-ZrO2复相陶瓷.研究了ZrO2含量对复相陶瓷抗热震和抗氧化性能的影响.将ZrB2-ZrO2复相陶瓷在1 000℃保温5 min,然后急冷进行循环热震评价,对其在1 200℃空气环境下进行抗氧化性能的评价.结果表明:随着ZrO2含量的增加,抗热震性能明显提高,抗氧化性能得到明显改善,氧化质量增加迅速下降.材料的氧化过程分为2个阶段:第一阶段形成氧化层,氧化质量增加明显;第二阶段由于氧化层的存在,氧化质量增加速率减缓.ZrB2-ZrO2复相陶瓷的表面氧化层较纯ZrB2陶瓷表面氧化层致密且结合强度大.     

ZrO2p（3Y）/BN-SiO2陶瓷复合材料热震形貌

ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料是以h-BN、非晶SiO2、ZrO2粉体为原料烧结而成,随着烧结温度的不同,所得产物的结构性能也会因此改变,笔者从选择原材料着手,通过试验来验证,陶瓷复合材料热震后表面形貌有何不同。     

添加ZrO_2对Ta_2O_5陶瓷结构与性能的影响

以ZrO2和Ta2O5粉体为原料,采用固相反应法制备了ZrO2掺杂Ta2O5陶瓷。研究了ZrO2掺杂对Ta2O5陶瓷的相组成、微观结构、抗弯强度、热膨胀系数和抗热震性能的影响。结果表明:ZrO2掺杂可在烧成过程中抑制β-Ta2O5相向α-Ta2O5相的转变,5%(质量分数,下同)ZrO2掺杂Ta2O5陶瓷为β-Ta2O5单相固溶体。3%ZrO2掺杂,显著抑制了Ta2O5陶瓷高温烧结过程中的晶粒长大,避免了晶界开裂;掺杂量达到5%以上时,可显著促进Ta2O5陶瓷的烧结致密化。5%ZrO2掺杂的Ta2O5陶瓷表现出较高的抗弯强度(74.5MPa),低的热膨胀系数(1.96×10-6/℃)和良好的抗热震性能。     

ZrO2p（3Y）／BN-SiO2陶瓷复合材料热震形貌

ZrO2p（3Y）／BN-SiO2陶瓷复合材料是以h—BN、非晶SiO2、ZrO2粉体为原料烧结而成,随着烧结温度的不同,所得产物的结构性能也会因此改变,笔者从选择原材料着手,通过试验来验证,陶瓷复合材料热震后表面形貌有何不同。     

HA-ZrO2复合陶瓷烧结致密化过程中的晶粒行为

利用球磨法配制HA-ZrO2复合陶瓷浆料,通过自由成形制备试样,干燥后进行无压烧结,测试烧结性能,并对材料微观形貌和相组成进行分析.研究了不同体积比下HA-ZrO2复合陶瓷烧结过程中两种晶粒间相互作用及其对致密性能的影响,探索了烧结后晶粒相结构的变化.结果表明:随ZrO2含量增加,复合陶瓷力学性能显著提高,抗弯强度最高可达371.42 MPa,致密度总体呈上升趋势,可达93.14％,当HA-ZrO2体积比为4:6到6:4之间时,其致密度出现下降的现象;烧结过程中由于Ca2+的掺杂使得复合陶瓷中ZrO2以立方相存在,减弱了相变增韧作用.     

氧化锆基陶瓷的坯体连接及其界面研究

以含粘结剂的料浆为连接材料,在坯体状态下连接Ce-ZrO2陶瓷本身或者连接Ce—ZrO2陶瓷和25％(体积分数)CePo4-Ce-ZrO2复合陶瓷。坯体连接样品经1 450℃烧结,样品连接良好。微观结构分析表明:Ce—ZrO2陶瓷本身连接和烧结后连接区和本体材料的结构几乎无法区分,其平均抗弯强度接近母材的强度;25％CePO4-Ce-ZrO2与Ce-ZrO2连接时形成结构均匀的扩散连接区域,其微观结构与母体材料的结构相似,连接区的平均抗弯强度为319 MPa。     

蓝色氧化锆陶瓷的研制

以微米或纳米氧化锆粉体为主原料,钒锆蓝色料或Co3O4为着色剂,添加适量烧结助剂制备蓝色氧化锆陶瓷。研究了氧化锆、助剂、着色剂等对蓝色氧化锆陶瓷颜色及性能的影响。结果表明:用纳米级ZrO2粉体为原料,钒锆蓝色料为着色剂,添加少量烧结助剂,可制得性能优良、颜色亮丽的蓝色氧化锆陶瓷;用纳米级ZrO2为原料,Co3O4为着色剂,添加少量烧结助剂,可制得性能优良、颜色亮丽的钴蓝色氧化锆陶瓷。     

液相烧结8YSZ陶瓷的性能研究

以Bi2O3为烧结助剂,利用液相烧结法制备8YSZ陶瓷材料,研究了烧结助剂对材料致密化、相组成、显微结构、力学性能及电学性能的影响.结果表明:烧结助剂的引入显著促进了材料的致密化、降低了烧结温度;引入烧结助剂Bi2O3后,使得ZrO2中的Y2O3含量减少,以致出现了含有单斜相氧化锆的第二相;而材料的致密化和单斜相氧化锆的出现,又使其具有良好的力学性能,同时对电学性能也有一定的影响.     

添加剂对氧化物陶瓷性能的影响

讨论了添加剂对Al2O3陶瓷，BeO陶瓷，ZrO2陶瓷和ZTA陶瓷性能的影响，分析了添加剂对氧化陶瓷的烧结性能和添加剂对ZrO2增韧Al2O3陶瓷（ZTA）的性能的影响机制。     

石墨烯纳米片复合氧化锆陶瓷的制备与性能研究

放电等离子体烧结(SPS)技术作为一种比较新的烧结技术已经被广泛用于制备各种材料。本文以3Y-ZrO_2粉体和石墨烯纳米片为原料,采用SPS技术制备了石墨烯纳米片复合ZrO_2陶瓷,利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪等对烧结样品的显微结构和晶相进行了表征,同时对所制备材料的密度、显微硬度和断裂韧性进行了测试。结果表明,烧结温度和石墨烯纳米片对所制备样品的显微结构和性能都有显著的影响。随着烧结温度的增加,样品的密度提高,晶粒生长明显。而石墨烯纳米片的引入则显著抑制了ZrO_2晶粒的生长,但是由于分散性问题,其显微硬度和断裂韧性反而略有降低。     

纳米Al2O3-ZrO2(3Y)复相陶瓷的微波烧结

采用纳米Ａｌ２Ｏ３粉和纳米ＺｒＯ２（３Ｙ）粉为原料,对不同成分配比的Ａｌ２Ｏ３－ＺｒＯ２（３Ｙ）复相陶瓷进行了微波为烧结的研究。实验结果表明微波烧结可获得委肮的致密度,并提高断裂韧性,但晶粒长大倾身大于其它烧结方式;在Ａｌ２Ｏ３－ｚｒ２（３Ｙ）二元系中,随ＺｒＯ２（３Ｙ）含量啬,烧结时的致密化过程加速,且晶粒长大倾向减小。     

ZrO2涂层在小高炉单套风口上的试验研究

分别采用等离子喷涂两层和三层梯度隔热涂层的方法研究了梯度隔热涂层对高炉风口寿命的影响,并分别进行了工业试验。试验采用的两层结构即金属型粘结底层(Ni-Cr-Al-Y)和ZrO2陶瓷工作层;三层结构即在工作层的ZrO2涂层中配入3%～6%的CaO作为稳定剂来抑制ZrO2相变膨胀,在金属型粘结底层(Ni-Cr-Al-Y)上涂附25%Ni-Cr-Al-Y和75%ZrO2的复合粉作为中间过渡层以消除膨胀应力。两种涂层的厚度均为0.1mm。结果表明:这两种涂层结构设计都能够有效延长金属风口的寿命,使风口的寿命分别提高了1倍和3倍;但理想的涂层厚度应为0.3～0.5mm。     

掺杂La2O3对刚玉基复相陶瓷的烧结和力学性能的影响

刚玉基复相陶瓷材料具有高硬度、高强度及耐磨性等优异的力学性能,是结构陶瓷领域研究的热点之一,具有广阔的应用前景.以α-Al2O3、SiC和ZrO2为原料,掺杂少量稀土氧化物La2O3,采用无压埋烧工艺,制备了稀土掺杂刚玉基复相陶瓷.通过XRD、SEM等手段研究La2O3添加量对复相陶瓷微观结构和性能的影响.结果表明:掺杂La2O3可将复相陶瓷的烧结温度降低至1540℃,经1540℃烧结的掺杂复相陶瓷强度和硬度分别为183 MPa和18.46 GPa.La2O3位于晶界处抑制晶粒长大,促进晶粒细化,利于样品的致密化,同时其晶界强化作用有利于复相陶瓷强度的提高.     

(Y,Ce)-ZrO2增韧92Al2O3陶瓷的研究

采用自制均匀分散的(1.5Y,4Ce)-ZrO2微粉,通过适当工艺和92Al2O3复合,提高了92Al2O3陶瓷的韧性和强度.最后采用X-射线衍射分析、扫描电镜分析研究了该样品的机械性能与烧成制度、相组成及微观结构的关系.结果表明:92Al2O3陶瓷性能的提高归因于ZrO2的应力诱导相变增韧,并且当(1.5Y,4Ce)-ZrO2微粉的加入量为20%(质量分数)时,试样在1550℃烧成时,材料的抗弯强度、断裂韧性以及硬度得到了很好的改善.     

Effect of Spark Plasma Sintering Temperature on the Properties of Transparent YSZ Ceramics

Refractories and Industrial Ceramics - A transparent submicron-grain sized cubic yttria-stabilized ZrO2 ceramics was obtained by spark plasma sintering in the temperature range from 1200 to...