氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷制备及性能研究
氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷制备及性能研究
邓茂盛
【摘要】本实验以纳米3Y-TZP和微米Al2O3为主要原料,采用常压烧结法制备致密的纳米ZTA复相陶瓷材料.当3Y-TZP含量为30wt％时,其相对密度达到最高,如烧结温度为1 400℃,试样的相对密度高达96.35％.在烧结温度范围内,试样中的颗粒会随着烧结温度的升高而增大,Al2O3颗粒随着3Y-TZP含量的增加而变小.纳米级的3Y-TZP颗粒会形成“内晶型”结构.在烧结温度为1 450℃时,含30wt％3Y-TZP的试样抗弯强度高达441.22 MPa.
【期刊名称】《陶瓷》
【年(卷),期】2018(000)010
【总页数】6页(P30-35)
【关键词】复相陶瓷;烧结温度;晶相组成;抗弯强度;硬度
【作者】邓茂盛
【作者单位】榆林市新科技开发有限公司陕西榆林718100
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.75
氧化铝陶瓷材料是现代无机非金属材料中的一个重要组成部分，其具有其它许多材料所没有的优良的性能。然而，由于氧化铝陶瓷存在室温强度低、断裂韧度差、脆性大的缺点，使其应用范围受到一定的限制[1]。而氧化锆具有好的断裂韧性，其
可以通过相变增韧来提高材料的力学性能，人们根据此原因研制出氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷[2]。近年来，纳米复合材料的研究成为材料科学领域的一个热点，尤其是以氧化铝为基体的陶瓷[3]。ZTA复相纳米陶瓷逐渐发展起来，利用相变增韧和第二相纳米颗粒增韧的叠加作用来改善Al2O3力学性能，被广泛应用于各项领域。
本研究是以纳米3Y-TZP和微米Al2O3为原料，采用液相烧结方式制备3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷。在最佳烧结条件下，研究不同含量的纳米3Y-TZP对3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷的致密化、相组成、显微结构以及力学性能的影响，并对其复相陶瓷的增韧机理进行探讨。
1 实验内容
1.1 实验原料
实验所用的原料如表1所示。
表1 实验所用的原料表名称化学式生产厂家纯度八水氧氯化锆ZrOCl2·8H2O国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.0%六水硝酸钇Y(NO3)3·6H2O国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.0%二氧化钛TiO2国药集团化学试剂有限公司化学纯,纯度≥98.0%二氧化锰MnO2天津市福晨化学试剂厂分析纯,纯度≥85.0%氧化铝Al2O3浙江省乐清市超微细化工有限公司—无水乙醇C2H5OH国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.7%氨水NH3·H2O天津市福晨化学试剂厂分析纯,氨含量25%～28%聚乙二醇1000H(OCH2CH2)nOH国药集团化学试剂有限公司化学纯PVA[C2H4OCH]n自制5g/100ml去离子水H2O自制—
1.2 试样的配方
样品的编号采用以下方式：以组份中的质量百分比进行编号。如：ZTA10表示
Al2O3∶3Y-TZP质量比为90∶10，添加剂MnO2和TiO2的含量各为1wt%。不同配方的ZTA如表2所示。
表2 外加烧结助剂的ZTA样品组成(质量%)编号3Y-TZP
Al2O3MnO2TiO2ZTA10109011ZTA20208011ZTA30307011ZTA40406011 1.3 试样的制备工艺
1.3.1 纳米3Y-TZP粉体的制备
1)用电子天平称量一定量的ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O晶体，分别用容量
瓶配制成0.1 mol/L的水溶液。
2)用量筒量取一定体积的ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O水溶液，两种溶液按97∶6均匀混合，并加入一定量的PEG。用磁力搅拌器搅拌至PEG全部溶解。
3)取一定体积上述配制好的混合溶液逐滴滴加至一定浓度的氨水中，将氨水置于磁力搅拌器上搅拌。
4)混合溶液滴加完成后，继续搅拌30 min后，再静置30 min。
5)利用抽滤机过滤出烧杯中的乳白色沉淀物，然后先用去离子水洗涤6遍，再用
无水乙醇洗涤3遍。最后将沉淀物放入微波炉中微波干燥。
6)将微波干燥好的颗粒用研钵磨成粉体，再将粉体放入高温炉中在600 ℃下煅烧。
1.3.2 配料
利用电子天平，根据所需原料的量称量纳米3Y-TZP粉末、Al2O3粉末、TiO2和MnO2，并混合在一起。
1.3.3 球磨混合
将配好的混合料、水、磨球按一定的比例加入到球磨罐中，同时再加入5wt%自配的PVA溶液。将球磨罐放在球磨机上，球磨12 h。然后将浆料倒入坩埚，用去离子水冲洗若干次。
1.3.4 干燥
将所得的浆料放入干燥箱中，在100 ℃下烘干，取出后用研钵研磨，然后用40目筛过筛，得到所要的粉料。
1.3.5 压制试样
取一定量的粉料放入不锈钢模具中，经电动液压制样机单向加压，压制成5
mm×7 mm×50 mm的长方形块体。压力为100 MPa，保压时间为30 s。
1.3.6 烧结
把成形后的素坯，按照实验设定的烧结制度进行烧制：从室温～200 ℃加热时间为0.5 h，在200 ℃保温0.5 h，然后加热速度为5 ℃/min，直到样品达到最终的烧结温度后，保温2 h，关闭电炉，切断电源，样品随炉冷却。本次实验选择的温度为1 300 ℃、1 350 ℃、1 400 ℃、1 450 ℃。
1.3.7 取样
将随炉冷却的试样取出进行标号，即标上ZTA10、ZTA20、ZTA30、ZTA40，并且标上烧结的最高温度，然后进行试样检测。
1.4 实验测试
对试样的测试包括结构组成的测试和性能的测试，具体有密度测量、物相分析、扫描电镜、抗弯强度和硬度。
2 实验结果与讨论
2.1 相对密度
表3为不同3Y-TZP含量的试样在不同烧结温度下的密度。
表3 不同3Y-TZP含量的试样在不同烧结温度下的密度(g/cm3)
编号理论密度
1300℃1350℃1400℃1450℃ZTA104.143.05123.66043.93634.0592ZTA204.3 03.17863.73974.08764.2161ZTA304.453.48304.06224.28774.3619ZTA404.6 33.50604.11644.36384.5025
研究表明，由于团聚、颗粒分散、成分梯度以及烧结应力等的影响，第二相颗粒的引入将阻碍材料的致密化，从而使ZTA复相陶瓷的烧结温度较高。加入适量的烧
结助剂，如TiO2、MnO2，利用其在高温时会形成晶间液相而促进物质的扩散及
传输，从而降低材料的烧结温度。
图1为ZTA复相陶瓷在不同烧结温度下的相对密度。由图1可知，ZTA复相陶瓷试样的相对密度随着烧结温度的升高而增大。在1 300 ℃时，ZTA40的相对密度
为75.72%；1 350 ℃试样的相对密度达到88.91%；当烧结温度上升到1 450 ℃时，其相对密度高达97.26%。在不同烧结温度的SEM图(图5)可以明显的看出，随着烧结温度的升高，颗粒粒径逐渐变大，气孔减少，颗粒粒径的增大及气孔的减少有助于提高试样的相对密度。烧结温度为1 300～1 350 ℃，试样的相对密度的升高幅度较后面温度升高时的变化更大。由TiO2-MnO2的二元相图可知，当
TiO2∶MnO2=1∶1(质量比)时，它们会在1 350 ℃左右形成液相，液相的出现能够促进物质的传输及扩散，使试样更加致密。因此在1 300～1 350 ℃，试样的相对密度变化幅度很大。
图1 ZTA复相陶瓷在不同烧结温度下的相对密度
烧结温度的高低直接影响颗粒尺寸、液相的组成、含量以及气孔的形貌和数量。烧结温度决定了陶瓷的显微结构和相组成。烧结温度的升高，一方面能够为粒子提供足够的能量，使其在形成ZTA陶瓷能够跨过势垒；另一方面温度升高，从而增大
扩散系数，有利于粒子的运动和物质交换，从而使烧结试样致密化。
图2为ZTA复相陶瓷在不同3Y-TZP含量下的相对密度。由图2可知，ZTA复相陶瓷的相对密度随着3Y-TZP的含量的增加呈现先增大后减小的变化。开始时，试样的相对密度会随着3Y-TZP含量的增加而升高，当3Y-TZP含量为30%，即为ZTA30时，相对密度最高，在烧结温度为1 450 ℃时相对密度为98.02%。而当
3Y-TZP的含量为40%，试样的相对密度反而开始下降，烧结温度为1 450 ℃时
试样的相对密度为97.26%。从图6(不同3Y-TZP含量ZTA的SEM图)可以看出，纳米级3Y-TZP主要分布在Al2O3颗粒的晶间，晶间分布的3Y-TZP能够提高材
料的致密性。随着3Y-TZP含量的增加，Al2O3颗粒粒径逐渐减小，是因为晶间
分布的3Y-TZP颗粒抑制了基体颗粒的长大，而细小的颗粒则不利于材料的致密化。在这两种因素的共同作用下，在一定的烧结温度下，试样的相对密度就随着3Y-TZP含量的增加先增大后减小。
图2 ZTA复相陶瓷在不同3Y-TZP含量下的相对密度
2.2 XRD分析
图3 不同3Y-TZP含量试样粉体的XRD图
对ZTA复相陶瓷混合粉体进行X射线衍射分析。图3是3Y-TZP含量为0、
10wt%、20wt%、30wt%、40wt%试样粉体的XRD图。由所得的图谱与标准图
谱对比可知，在试样粉体中，主要的物质为Al2O3和ZrO2。虽然粉体中还含有
其它物质，但是由于Y2O3、TiO2、MnO2等的含量较少，因此其无法在XRD图谱中明显的显现出来。且根据图谱分析能够知道试样粉体中的Al2O3为α-Al2O3，在2θ为35°、50°、60°等左右分别会出现双特征峰，因此可以说明复合粉体中的ZrO2为四方相ZrO2，不存在单斜相的氧化锆。Y2O3可稳定ZrO2，使其高温晶相(四方相)在常温下得以保留，因此3Y-TZP粉体中不含单斜相的氧化锆。如图3
所示，t-ZrO2的特征峰的峰强度随着3Y-TZP含量的增加而增大(其中在2θ为35°的峰与Al2O3的特征峰重叠，其峰强度的变化以Al2O3的变化为主)，Al2O3的
特征峰的峰强度随着Al2O3的减少而变小。
图4是烧结温度为1 450 ℃时ZTA陶瓷断裂面的XRD图，表4为试样断面处的
单斜相ZrO2体积含量。由图4可知，试样中存的物相为α-Al2O3、t-ZrO2、m-ZrO2。
图4 1 450 ℃烧结温度ZTA陶瓷断裂面的XRD图表4 m-ZrO2体积含量(%)
ZTA10ZTA20ZTA30ZTA405.878.989.7712.98
由图4的相组成成分分析表明，在试样的断裂面出现了单斜相的ZrO2，因此可推
断试样发生了四方氧化锆应力诱导相变。在烧结温度为1 450 ℃，ZTA10的单斜
相含量为5.87%时，其四方氧化锆相变的含量为5.87%。试样在受到外加应力时，会产生四方氧化锆马氏体相变，此相变过程中会伴随着体积和形状的变化，能吸收能量，减缓裂纹尖端应力集中，阻止裂纹的扩展，从而提高ZTA复合陶瓷的力学
性能。如表4所示，试样断面的m-ZrO2体积含量随着3Y-TZP含量的增加而增多。
2.3 SEM分析
图5为ZTA20在不同烧结温度下表面经过抛光和热腐蚀的SEM图，其中图(a)、(b)、(c)、(d)的烧结温度分别为1 300 ℃、1 350 ℃、1 400 ℃、1 450 ℃。图5中，颜色较深、颗粒较大的为Al2O3，颜色较浅、颗粒较小的为3Y-TZP，3Y-TZP分布在Al2O3颗粒周围，不同烧结温度下试样的形貌存在着一定的差异，并
且可知经机械混合的物料中，3Y-TZP颗粒并不能够均匀的分布在基体颗粒晶间。在图5中，由于纳米的3Y-TZP颗粒较小，比表面大，其处于不稳定状态，而形
成大量的团聚现象，使粒子粒径变大[20]。由图5可知，图5(a)中试样晶粒结构疏松、相对密度小，孔隙多，Al2O3晶粒尺寸约为0.84 μm，3Y-TZP颗粒有微团聚，并且基本上都是晶间分布；图5(b)中晶粒排列相对紧密，孔隙减少，晶粒进一步
长大，Al2O3晶粒尺寸约为1.01 μm。当烧结温度为1 450 ℃时晶粒结构排列紧密，孔隙少，Al2O3晶粒尺寸达到3.12 μm，颗粒分散性变差，3Y-TZP颗粒团聚严重。3Y-TZP大部分是晶间分布，部分3Y-TZP颗粒分布在Al2O3晶内。由上
述可知，随着烧结温度的升高，试样的孔隙逐渐减少，相对密度随之升高，颗粒尺寸也逐渐变大。材料相对密度的提高有利于材料的力学性能的提高，而晶粒尺寸的长大则不利于材料力学性能的提高。
(a)1 300 ℃ (b)1 350 ℃ (c)1 400 ℃ (d)1 450 ℃图5 ZTA20在不同烧结温度下
的SEM图
图6是烧结温度为1 450 ℃时不同3Y-TZP含量的SEM图。图6(a)、(b)、(c)、(d)的3Y-TZP含量分别为10wt%、20wt%、30wt%、40wt%。如图6所示，
3Y-TZP颗粒的分布以晶间分布为主，但是存在着一定量的晶内分布。晶间型的
3Y-TZP在外力作用下会发生t→m的相变，而且对Al2O3晶界具有加强作用，抑制晶粒长大。内晶型3Y-TZP在基体内部形成次晶界，产生“纳米化”效应，能够阻碍裂纹的扩展，提高材料的力学性能。
在图6(a)中，3Y-TZP的含量为10wt%，Al2O3晶粒尺寸明显比图6其它图中的大。随着3Y-TZP加入量的增加，Al2O3晶粒尺寸逐渐减小。3Y-TZP加入到
Al2O3基陶瓷材料中，由于在烧结过程中晶间3Y-TZP颗粒具有“钉扎”作用，
将抑制Al2O3的晶界迁移和晶粒生长，使得晶粒长大不明显。另外，在ZTA复相陶瓷试样中还存在少量的3Y-TZP颗粒在Al2O3晶粒内部，此结构称为“内晶型”。此结构产生的原因：纳米3Y-TZP颗粒在烧结过程中，由于其颗粒的扩散速率比微米级Al2O3小。当达到一定的温度时，Al2O3颗粒晶界将越过细小的3Y-TZP颗粒并将其包裹，形成“内晶型”。因为Al2O3和3Y-TZP的热膨胀系数不同，在烧结冷却后会在基体晶粒内部的次界面上产生残余应力，对于陶瓷的裂纹扩展会起到相关的作用。
(a)ZTA10 (b)ZTA20 (c)ZTA30 (d)ZTA40
图6 烧结温度为1 450 ℃时不同3Y-TZP含量的SEM图
2.4 抗弯强度
影响陶瓷强度的主要因素主要有：气孔率、晶粒形状及尺寸、晶界相的性质及厚度、烧结温度等。
图7是烧结温度为1 450 ℃时，不同3Y-TZP含量的ZTA试样的抗弯强度。由图
7可知，试样的抗弯强度随着3Y-TZP含量的增加先增大后减小。当加入10wt%
的3Y-TZP时，试样的抗弯强度为269.29 MPa。当加入30wt%的3Y-TZP时，
试样的抗弯强度可达到最大值，为441.22 MPa。若加入的3Y-TZP量为40wt%时，试样的抗弯强度反而略微下降到428.01 MPa。
抗弯强度随3Y-TZP含量的变化与试样相对密度的变化相一致。材料的相对密度越大，则其气孔率越小，气孔的减少有利于提高材料的力学性能。由图6可知，在Al2O3加入纳米级的3Y-TZP，其在Al2O3晶粒间产生了细晶结构。另外，3Y-TZP含量越大，Al2O3颗粒越小。实验表明，ZTA复合陶瓷大多是沿晶断裂，在细晶材料中晶界比例较大，晶粒越细，裂纹沿晶界扩展所要经过的路程就越长，所受到的阻碍就越大，所以细晶能够提高了材料的抗弯强度。另一方面，3Y-TZP中的ZrO2在受到外力时会产生相变增韧作用进一步提高了材料的力学性能。
此外，在本实验中引入TiO2-MnO2为烧结助剂，其在促进致密化的同时，晶粒将显著地生长，晶界快速迁移，Al2O3会包裹一些位于晶界上未能及时排除的细小气孔，烧结体内部的这些小气孔，致使材料的力学性能会有所下降。
图7 1 450 ℃烧结温度下各试样的抗弯强度
2.5 硬度
图8 不同3Y-TZP含量的ZTA在烧结温度1 450 ℃下的维氏硬度
硬度是表征材料力学性能的一个重要参数。图8为不同3Y-TZP含量的ZTA陶瓷在烧结温度1 450 ℃下的维氏硬度。由图8可知，试样的硬度随着3Y-TZP含量的增加先增加后减小。ZTA10试样的硬度值为1.74 GPa，ZTA20时硬度值达到最高值1.94 GPa，随后开始下降。
笔者以自制的纳米3Y-TZP和微米Al2O3为原料，引入TiO2和MnO2为烧结助剂在最佳烧结条件下，研究不同含量的纳米3Y-TZP对3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷的致密化、相组成、显微结构以及力学性能的影响，得出以下主要结论：
1)在一定的烧结温度范围内，ZTA复合陶瓷的相对密度会随着烧结温度的升高而
增大。随着加入3Y-TZP含量的增加，材料的相对密度先增加后减小，在3Y-TZP 含量为30wt%时，相对密度达到最大。
2)用共沉淀法制备的纳米3Y-TZP粉体经过一定温度的煅烧，与微米级的Al2O3经过机械混合形成混合料。经高温烧结3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷，其断裂面的晶相组成为α-Al2O3、t-ZrO2和一定量的m-ZrO2。
3)机械法制备的混合料，物料混合不均匀，且纳米颗粒团聚严重。在一定的烧结温度范围内，试样中的颗粒会随着烧结温度的升高而增大，Al2O3颗粒随着3Y-TZP 含量的增加而变小。ZTA复合陶瓷中，纳米级的3Y-TZP颗粒大部分分布在
Al2O3颗粒晶界处，但有部分会在基体颗粒晶内形成“內晶型”结构。
4)ZTA陶瓷中的ZrO2会发生相变增韧，对于纳米复合陶瓷，由于存在纳米颗粒会产生纳米效应，从而提高材料的力学性能。纳米颗粒分布在基体颗粒的晶界，抑制颗粒的长大，细小晶粒能够阻碍裂纹的扩展，而提高材料的力学性能。
参考文献
【相关文献】
1 周芙蓉.Al2O3-ZrO2-YAG复相陶瓷的制备及性能研究:[硕士学位论文].湖南:武汉理工大学,2007
2 邵刚勤,段兴龙,袁润章.纳米陶瓷、复相陶瓷及纳米复相陶瓷.材料科学与工艺,2003,11(2):211～214
3 刘含莲,黄传真,秦惠芳.纳米复合陶瓷材料的增韧补强机理研究进展.粉末冶金技
术,2004,22(2):98～103
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氧化铝陶瓷材料的制备与性能研究 氧化铝陶瓷是一种广泛应用于高温、高压、耐蚀、绝缘等领域的工程陶瓷材料，它拥有良好的物理性能和化学稳定性，在航空航天、核工业、电子器件等领域都有着广泛的应用。在这篇文章中，本文将介绍氧化铝陶瓷材料的制备与性能研究。 1. 氧化铝陶瓷的制备方法 氧化铝陶瓷主要通过粉末冶金工艺制备，综合考虑生产成本、工艺难度、产品 性能等因素，目前广泛采用压力成型烧结方法进行制备。主要包括以下几个步骤： （1）原料制备。氧化铝陶瓷的原料主要由氧化铝粉末、稳定剂和助烧剂组成。稳定剂主要用于调节陶瓷晶格结构，提高其物理性能和化学稳定性；助烧剂则主要用于促进氧化铝陶瓷的烧结过程，使其达到最终的致密化程度。 （2）混合制备。将氧化铝、稳定剂和助烧剂等原料混合均匀，通常采用机械 混合或湿法混合等不同的混合工艺，确保原料的均匀分散。 （3）压制成形。将混合好的原料进行成形，包括干压成形、注塑成形、压制 成形等多种不同的成形工艺。通常根据产品的形状、尺寸和生产工艺等因素进行选用。 （4）烧结处理。将成形好的氧化铝陶瓷进行烧结处理，主要通过高温、高压 等条件使其致密化。目前常用的烧结工艺主要包括钨丝热烧结、等离子烧结等方法，在烧结过程中，需要控制温度、压力和保温时间等因素，以确保成品的物理性能和化学稳定性。 2. 氧化铝陶瓷的性能研究 氧化铝陶瓷具有优良的物理性能和化学稳定性，具备高温、高压、耐蚀、绝缘 等优异的性能特点。目前，研究人员主要从以下几个方面进行了深入的探讨和研究。
（1）物理性能研究。氧化铝陶瓷的物理性能研究主要涉及到其密度、硬度、强度、断裂韧性等方面的测定，以及其热膨胀系数、比热容、导热系数等热学性能的测定。研究发现，氧化铝陶瓷具备高硬度、高强度、高韧性等特点，并且具有较低的热膨胀系数和较高的比热容，这些物理性能优势使得氧化铝陶瓷成为了高温、高压等恶劣条件下的理想工程材料。 （2）表面性能研究。氧化铝陶瓷的表面性能研究主要涉及到其耐腐蚀性、耐磨性、耐热性等方面的探讨。研究表明，氧化铝陶瓷具有较好的化学稳定性和抗腐蚀能力，同时其硬度较高、断裂韧性也较好，因此具备较好的耐磨性和耐热性。 （3）微观结构与性能研究。氧化铝陶瓷的微观结构和性能密切相关，研究表明，氧化铝陶瓷的晶粒尺寸、晶格结构、缺陷类型等因素将直接影响其物理性能和化学稳定性，因此研究氧化铝陶瓷的微观结构非常重要。目前，研究人员主要通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射等技术手段进行微观结构和性能分析，深入探讨氧化铝陶瓷材料的微观机制和性能特点。 总之，氧化铝陶瓷作为一种优良的工程陶瓷材料，其制备技术和性能研究一直是材料科学的研究热点。未来，随着设备制造、电子器件、新能源等领域的不断发展，氧化铝陶瓷在各个领域中的应用将会越来越广泛，同时也将为材料科学的发展带来更多的挑战和机遇。
氧化锆
第二节 氧化锆增韧陶瓷 一、 ZrO 2的结构和特性 1170237026802()2()2()m t c ZrO ZrO ZrO ℃℃℃ 液相 ZrO 2（c ）: F m3m a c =5.124 ? d=6.09 ZrO 2（t ）: P 42/nmc a t =5.094 ? c t =5.177 ? d=6.10 ZrO 2（m ）: P 21/c a m =5.156 ? b m =5.191 ? c m =5.304 ? β=98.9° d=5.56
马氏体相变 1、无扩散型相变 2、相变不是在固定温度下完成，而是在一个温度范围内 进行 3、新旧相之间保持一定的位相关系 4、马氏体内往往存在有亚结构
5、 相变涉及剪切应变和体积变化
6 、 相变的可逆性 7、 习惯面 ZrO 2马氏体相变热力学 无应力状态下 s m se c U U G ?+≥?-2 6? ? ? ???=V V K U m se ， 残余应力的影响 s t ij r ij r ij I ij o se c m t U U G G ?+±±+?=?→εσεσ2 1 粒子尺寸的影响 ) (1c se uc c G U D D ??+=
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氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷制备及性能研究
氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷制备及性能研究 邓茂盛 【摘要】本实验以纳米3Y-TZP和微米Al2O3为主要原料,采用常压烧结法制备致密的纳米ZTA复相陶瓷材料.当3Y-TZP含量为30wt％时,其相对密度达到最高,如烧结温度为1 400℃,试样的相对密度高达96.35％.在烧结温度范围内,试样中的颗粒会随着烧结温度的升高而增大,Al2O3颗粒随着3Y-TZP含量的增加而变小.纳米级的3Y-TZP颗粒会形成“内晶型”结构.在烧结温度为1 450℃时,含30wt％3Y-TZP的试样抗弯强度高达441.22 MPa. 【期刊名称】《陶瓷》 【年(卷),期】2018(000)010 【总页数】6页(P30-35) 【关键词】复相陶瓷;烧结温度;晶相组成;抗弯强度;硬度 【作者】邓茂盛 【作者单位】榆林市新科技开发有限公司陕西榆林718100 【正文语种】中文 【中图分类】TQ174.75 氧化铝陶瓷材料是现代无机非金属材料中的一个重要组成部分，其具有其它许多材料所没有的优良的性能。然而，由于氧化铝陶瓷存在室温强度低、断裂韧度差、脆性大的缺点，使其应用范围受到一定的限制[1]。而氧化锆具有好的断裂韧性，其
可以通过相变增韧来提高材料的力学性能，人们根据此原因研制出氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷[2]。近年来，纳米复合材料的研究成为材料科学领域的一个热点，尤其是以氧化铝为基体的陶瓷[3]。ZTA复相纳米陶瓷逐渐发展起来，利用相变增韧和第二相纳米颗粒增韧的叠加作用来改善Al2O3力学性能，被广泛应用于各项领域。 本研究是以纳米3Y-TZP和微米Al2O3为原料，采用液相烧结方式制备3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷。在最佳烧结条件下，研究不同含量的纳米3Y-TZP对3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷的致密化、相组成、显微结构以及力学性能的影响，并对其复相陶瓷的增韧机理进行探讨。 1 实验内容 1.1 实验原料 实验所用的原料如表1所示。 表1 实验所用的原料表名称化学式生产厂家纯度八水氧氯化锆ZrOCl2·8H2O国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.0%六水硝酸钇Y(NO3)3·6H2O国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.0%二氧化钛TiO2国药集团化学试剂有限公司化学纯,纯度≥98.0%二氧化锰MnO2天津市福晨化学试剂厂分析纯,纯度≥85.0%氧化铝Al2O3浙江省乐清市超微细化工有限公司—无水乙醇C2H5OH国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.7%氨水NH3·H2O天津市福晨化学试剂厂分析纯,氨含量25%～28%聚乙二醇1000H(OCH2CH2)nOH国药集团化学试剂有限公司化学纯PVA[C2H4OCH]n自制5g/100ml去离子水H2O自制— 1.2 试样的配方 样品的编号采用以下方式：以组份中的质量百分比进行编号。如：ZTA10表示 Al2O3∶3Y-TZP质量比为90∶10，添加剂MnO2和TiO2的含量各为1wt%。不同配方的ZTA如表2所示。
氧化铝陶瓷薄膜的制备与性能研究
氧化铝陶瓷薄膜的制备与性能研究 氧化铝陶瓷薄膜是一种具有良好耐腐蚀性、高温稳定性和优异的电学性能的新 型材料。近年来，在微电子、催化剂、传感器等领域中得到了广泛的应用。然而，氧化铝陶瓷薄膜的制备过程极其复杂，需要对制备工艺和性能进行深入的研究。 氧化铝陶瓷薄膜的制备方法主要有物理化学气相沉积法（CVD）、磁控溅射法、溶胶-凝胶法以及电解沉积法等。其中，物理化学气相沉积法被认为是氧化铝陶瓷 薄膜制备中最有效的一种方法。其制备过程是将气体在高温下分解生成多原子气体，在衬底表面沉积形成薄膜。 随着CVD技术的发展，人们开始尝试将不同的气体混合使用，以调节薄膜的 化学成分和结构。例如，在氨气和三异丙醇铝混合气氛下沉积薄膜，可形成具有高介电常数、低损耗角正切值和良好耐热性质的氧化铝陶瓷薄膜。 此外，磁控溅射法也是一种常用的氧化铝陶瓷薄膜制备方法。磁控溅射法制备 的氧化铝陶瓷薄膜具有紧密的晶界，原子排布有序，具有较强的结晶性。这种制备方法还可以采用高能离子轰击降低薄膜缺陷密度，从而提高薄膜的耐久性和电学性能。 溶胶-凝胶法则是一种新型的氧化铝陶瓷薄膜制备方法，该方法主要是通过控 制溶胶体系的成分、调节前驱物的浓度来控制薄膜的形态、表面形貌和晶体结构。通过溶胶凝胶法制备的氧化铝陶瓷薄膜，可以得到具有高比表面积和高孔结构的薄膜，具有优异的催化性能和气体灵敏性。 电解沉积法是一种低成本、简单易行且容易控制的氧化铝陶瓷薄膜制备方法。 该方法主要是通过电化学反应溶解陶瓷基底上的金属离子，然后将其还原成为金属的方法，最后在表面生成氧化铝。使用电解沉积法可以制备不同形状、厚度和尺寸的氧化铝陶瓷薄膜。
氧化铝陶瓷膜材料的制备与性能研究
氧化铝陶瓷膜材料的制备与性能研究 一、研究背景 氧化铝陶瓷是一种重要的高温材料，具有良好的耐热性、耐腐蚀性、低介电常数等特性，被广泛应用于高温环境中的机械、电子、光学等领域。氧化铝陶瓷材料主要通过氧化铝膜材料制备而成，因此氧化铝膜材料的制备和性能研究对于氧化铝陶瓷材料的开发和应用具有重要意义。 二、氧化铝膜材料的制备 1. 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是制备氧化铝膜材料的常用方法之一。该方法主要通过水解混合溶液中的铝硝酸盐，使其形成胶体溶液，然后通过加热干燥形成氧化铝凝胶。最后，利用高温处理方法将氧化铝凝胶转化为氧化铝膜材料。 2. 离子束溅射法
离子束溅射法是一种物理气相沉积方法，可以制备出高质量的氧化铝膜材料。该方法主要通过将高能离子束瞄准于氧化铝靶材表面，使其表面原子被击碎并在基底表面沉积形成氧化铝薄膜。该方法制备出的氧化铝膜具有良好的致密性和均匀性。 3. 电化学氧化法 电化学氧化法是利用电化学反应制备氧化铝膜的方法。该方法主要利用铝或铝合金作为阳极，在电解液中施加电压，通过电化学反应形成氧化铝膜。该方法简单易行，但制备出来的氧化铝膜厚度较薄且致密性不如其他方法。 三、氧化铝膜材料的性能研究 1. 机械性能 氧化铝膜材料具有较高的硬度和弹性模量，能够承受较大的外力和划伤，因此可以应用于高硬度和高耐磨的领域，如磨损件、机械密封件等领域。
2. 光学性能 氧化铝膜材料具有良好的透明性和高反射率，可用于光学透镜、光学滤波器等领域。同时，氧化铝膜材料还能应用于红外技术中，具有良好的透过红外光的性能。 3. 电学性能 氧化铝膜材料具有低介电常数和良好的绝缘性能，也具有较高 的耐电性能和高压电常数，可用于超高频和微波领域的电子元件。 四、结论 氧化铝陶瓷膜材料制备和性能研究对于氧化铝陶瓷材料的开发 和应用具有重要意义。溶胶-凝胶法、离子束溅射法和电化学氧化 法是常用的氧化铝膜材料制备方法。氧化铝膜材料具有较高的机 械性能、光学性能和电学性能，同时具有广泛的应用前景。
陶瓷复合材料的制备与力学性能研究
陶瓷复合材料的制备与力学性能研究 在当今科技发展的时代，陶瓷复合材料作为一种新兴材料，因其优异的力学性 能和广泛应用领域，受到了广泛的关注和研究。陶瓷复合材料的制备与力学性能研究已成为材料科学领域中备受瞩目的课题。 陶瓷复合材料由多种化学成分的陶瓷材料以及其他增强材料组成。常见的陶瓷 材料包括氧化铝、碳化硅、氮化硼等，而增强材料则可以是纤维、颗粒或是层叠而成的复合结构。通过选择不同的陶瓷材料和增强材料，可以调节复合材料的机械性能，使其具备更好的强度、硬度和韧性。 制备陶瓷复合材料的方法主要包括压制、烧结和热处理等。其中，压制和烧结 是最常用的制备方法之一。压制过程中，将陶瓷颗粒和增强材料混合，并通过压力将其固化成型。而烧结则是将模具中的材料加热，使其烧结在一起形成致密的结构。热处理则是通过控制温度和时间，改变材料的微观结构，从而调节材料的力学性能。 陶瓷复合材料的力学性能研究是制备过程的重要环节。通过对复合材料的力学 性能进行测试和分析，可以评估制备工艺的合理性，为材料的应用提供重要参考。常见的力学性能测试包括抗拉、抗压、弯曲和硬度等。 抗拉强度和抗压强度是评估复合材料机械性能的重要指标。抗拉强度是指材料 在承受拉伸力时所能承受的最大力量。通过控制材料的成分和制备工艺，可以提高抗拉强度，增强材料的耐力和稳定性。抗压强度是指材料在承受压缩力时所能承受的最大力量。陶瓷复合材料的抗压强度较高，能够抵抗外界压力对材料的破坏。 弯曲性能测试是评估复合材料韧性和刚性的重要方法。通过施加一定的弯曲力，测试材料的抗弯强度和断裂伸长率。陶瓷复合材料具有较高的抗弯强度和较低的断裂伸长率，能够在外力作用下保持较好的形状和结构稳定性。
连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料
连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料 随着科技的不断进步，复合材料的应用越来越广泛。在各种领域中，复合材料都具有很高的应用价值。其中，连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料是一种很有潜力的材料，具有杰出的性能特点。本文将深入探讨这种复合材料的结构特点、制备工艺、性能表现等方面，希望能够帮助读者更好地了解连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料。 一、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的结构特点 连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料是以氧化铝纤维为增强相，陶瓷基体为基体相，通过一定的工艺方法将两者复合而成的一种复合材料。这种材料的最大特点就是氧化铝纤维是连续排列的，使得整个材料的增强效果更加显著。同时，陶瓷基体又具有很高的硬度和抗压性，使得整个复合材料具有很好的综合性能。 二、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的制备工艺 1.原料准备
制备这种复合材料需要准备氧化铝纤维、陶瓷基体原料，同时还 需要一些添加剂来提高复合材料的成型性能和性能表现。 2.工艺流程 首先，将氧化铝纤维按照一定的比例进行排列，然后将陶瓷基体 原料和添加剂混合搅拌均匀。接着，将混合好的陶瓷基体原料浇注到 氧化铝纤维上，并通过加压成型的方法将两者紧密结合在一起。最后，进行烧结处理，使得整个材料具有更好的力学性能和热稳定性。 三、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的性能表现 1.力学性能 由于氧化铝纤维的连续排列和陶瓷基体的高硬度，使得整个复合 材料具有很高的抗拉强度和抗压强度。在一些高温高压的环境下，其 力学性能表现尤为突出。 2.热稳定性 氧化铝纤维和陶瓷基体都具有很好的热稳定性，因此整个复合材 料在高温环境下也能够保持良好的性能表现。这使得这种材料在航空 航天、核工业等领域具有很大的应用潜力。
氧化锆材料的研究报告现状
氧化锆材料的研究与制备 1.1前言：纯的氧化锆是一种高级耐火原料，其熔融温度约为2900℃它可提高釉的高温粘度和扩大粘度变化的温度X围，有较好的热稳定性，其含量为2％-3％时，能提高釉的抗龟裂性能。还因它的化学惰性大，故能提高釉的化学稳定性和耐酸碱能力，还能起到乳浊剂的作用。。 氧化锆材料具有高硬度，高强度，高韧性，极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等等优良的物化性能，氧化锆在陶瓷方面有较大的应用与研究潜力空间。 2.1 氧化锆的相变 众所周知，氧化锆是一个多相体系，受温度的影响历经三个相系：单斜、四方和立方．但又是可逆的相转变过程，常温下只是单斜相氧化锫。 不同相构造的ZrO2的膨胀性能差异很大。单斜ZrO2向四方ZrO2转化时，发生各向异性膨胀，沿三个轴(a、b、c)膨胀系数是不一致的，沿b轴方向膨胀不明显，而沿a、c轴方向膨胀显著；转化时，晶格参数也随着变化，升温时ZrO2由单斜向四方转化，由于吸收热量，有明显的体积收缩(5％)，而降温时(四方向单斜转化)产生体积膨胀(8％)，这是造成Z码陶瓷的龟裂的原因。ZrO2由单斜开场向四方相转化，转化温度通常在1100～1200℃之间(1163℃)。但在冷却时，t—ZrO2转变为m—ZrO2时由于m—ZrO2新相晶核形成困难，因而转变温度在850～1000℃之间(930℃)。说明ZrO2在930—1170℃之间晶相转变时会出现温度滞后现象。 2：氧化锆复合体的固溶性能和稳定化的作用
研究说明，在ZrO2中添加某些氧化物作为稳定剂(Y203、CaO、Al2O3、Ce02、MgO、Sc203等)，这些氧化物能与ZrO2形成固溶体或复合体，可改变晶体内部构造；添加的氧化物可填充ZrO2中晶格缺陷，抑制ZrO2扭转，起到稳定的作用，在常温形成亚稳的四方相或立方相，使由单一的单斜相变成了双晶构造的四方和立方相。 添加阳离子半径与Zr4+相近(相差在12％以内)、性质相似，它们在ZrO2中的溶解度很大，可以和ZrO2形成单斜、四方和立方等晶型构造的置换性固溶体。 添加阳离子半径比Zr4+大或比Zr4+小，填充和弥散于大的阳离子之中，形成填充式固溶体(或弥散固溶体)。氧化锆稳定的程度与添加阳离子的种类、数量、离子半径和价数有直接的关系。有些氧化物与氧化锆能完全形成固溶体(如ZrO2一Y203)。但有些阳离子氧化物与氧化锫不完全都形成固溶体，而是局部形成固溶体、局部形成化台物(如ZrO2一Al2O3)。 用MgO稳定ZrO2时，在冷却至1400℃以下时。会重新分解为四方ZrO2和MgO。继续冷却至900℃时，分解出来的ZrO2仍然会向单斜ZrO2转变。所以MgO稳定的ZrO2不能在900～1400℃之间长时间加热，否那么会失去稳定作用。稳定剂可单独使用，也可以混合使用(二元或三元)。多元的局部稳定氧化锆可以大大提高构造陶瓷的性能。 3、氧化锆的增韧 根据研究．四方相氧化锆具有增韧的特性。这是氧化锆作为构造陶瓷的理论依据，增韧的根本原理是四方相氧化话受外力(温度和应力>的影响，氧化锫从四方构造向单斟构造转变时产生效应，吸收破坏的能量，抑制裂
高性能陶瓷材料的研究进展及发展趋势
高性能陶瓷材料的研究进展及发展趋势 高性能陶瓷材料是一类具有高熔点、低热膨胀系数、高硬度、 高耐磨性、高化学稳定性、高绝缘性、高机械强度的材料。其中 包括了氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、氧 化钇陶瓷等。它们的应用领域广泛，例如在汽车制造、航空航天、电子信息、医疗等领域。本文将介绍高性能陶瓷材料的研究进展 及发展趋势。 一、氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷是最早被研究与应用的高性能陶瓷材料。它具有高 硬度、高强度、高耐磨性、高化学稳定性等特点，被广泛应用于 汽车、机械加工、电子以及生命科学等领域。随着工业的不断发 展和技术的不断创新，氧化铝陶瓷的研究也在不断深入。研究人 员通过控制氧化铝晶粒尺寸、控制晶粒分布和结合晶相组成等方法，成功提高了氧化铝的力学性能、导电性能以及抗腐蚀性能等。同时，氧化铝陶瓷的应用领域也在不断扩展，如用于高温热处理、生物医学器械等领域。 二、碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷是目前研究较多的高性能陶瓷材料之一。它具有高 硬度、高强度、高耐磨性、高熔点等特点，被广泛应用于机械加工、建筑、电子和热管理等领域。碳化硅陶瓷的研究着重于提高 其力学性能、导电性能以及光学性能。其中，通过添加微量元素，控制碳化硅的晶粒尺寸和分布，可以提高碳化硅的力学性能；通 过TOMOCVD等方法，可以控制碳化硅陶瓷的热导率和热膨胀系数，以应对高温环境下的应用需求。 三、氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷是相对较新的高性能陶瓷材料，具有高硬度、高强度、高耐磨性、高化学稳定性等特点。与碳化硅陶瓷类似，氮化 硅陶瓷也被广泛应用于机械加工、建筑、电子和热管理等领域。 氮化硅陶瓷的研究重点是提高其力学性能、加工性能以及氧化稳 定性。例如，通过改变氮化硅的组成、压制方式等方法，可以有 效地提高氮化硅陶瓷的强度和硬度；同时，通过改变氮化硅粉末 形貌和配方，可以提高氮化硅的成型性和加工性。 四、氧化锆陶瓷
氧化铝陶瓷的研究
氧化铝陶瓷的研究 结构陶瓷材料—氧化物陶瓷的相关研究 陶瓷材料是当今世界上发展最快的高技术材料，它已经由单相陶瓷发 展到多相复合陶瓷。我们的重点是氧化铝陶瓷的介绍，在此之前，我们有 必要先了解一下结构陶瓷。 结构陶瓷作为结构部件的特种陶瓷，是由单一或复合的氧化物或非氧 化物组成的，如单由Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4，或相互复合，或与碳纤 维结合而成。结构陶瓷主要是指发挥其机械、热、化学等性能的一大类新 型陶瓷材料，它可以在许多苛刻的工作环境下服役，因而成为许多新兴科 学技术得以实现的关键。结构陶瓷具有优越的强度、硬度、绝缘性、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐磨耗、高温强度等特色，因此，在非常 严苛的环境或工程应用条件下，所展现的高稳定性与优异的机械性能，在 材料工业上已倍受瞩目，其使用范围亦日渐扩大。氧化物陶瓷材料是一种 或两种以上的氧化物制成的材料，其原子结合主要以离子键为主，存在部 分共价键，因此大部分氧化物具有高熔点、高绝缘性、优良的化学稳定性，在工程领域得到广泛的应用。从表【1】和表【2】可以看出来。 表1常用氧化物陶瓷陶瓷的主要物理和力学性能 表2氧化物陶瓷材料的热性能 氧化物陶瓷品种繁多，主要分为氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化铍陶瓷，通常具有较高的熔融温度，在氧化气氛中非常稳定。较 高的机械强度、电绝缘性能和化学稳定性。除氧化铍陶瓷外，其导热性较低。其用途极为广泛，可作为结构材料，功能材料和高级耐火材料。现在，我们主要谈论氧化物陶瓷在结构材料方面的特性。
一、氧化铝陶瓷 1.1氧化铝的晶体结构 氧化铝中氧的堆积方式有两种：六方最密堆积的ABAB...型和立方最 密堆积的ABCABC...型，铝的配位方式也有两种：八位体配位和四面体配位。由于以上的组合，产生了氧化铝结构的多样性。但是氧化铝的晶体结 构主要的只有三种，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3，后两种晶体在1300℃的高温下几乎完全转变为α-Al2O3。α-Al2O3和γ-Al2O3的部分 物理性能如下图： 1.2氧化铝陶瓷的制作工艺1. 2.1粉体的制备 （1）制备的陶瓷所需要的氧化铝粉体的质量要求 常用的方法是拜耳法，这种方法是将含铝量高的天然矿物，如铝矾土 用酸或者用碱处理生产氧化铝的方法。一般很少用酸法，一般用碱法处理。碱法处理是近代炼铝工业中生产氧化铝的主要方法。过程： 将铝矾土原矿石粉碎，然后加入13-20％的NaOH，在200-250℃、 4MPa的条件下处理，使之成为氯酸钠溶液 将氧化铁、二氧化硅以及氧化钛等不溶解物形成的沉淀过滤分离，然 后将氯酸钠放入大型后搅拌池中用水稀释后添加少量氧化铝细颗粒（作为 晶钟），Al(OH)3以三水铝石的形式从铝酸钠溶液中析出 经过滤、洗净后在旋转式管状炉或者沸腾床式炉中于1200-1300℃下 烧结，再经粉碎、过筛而制成α-Al2O3。下图是拜耳法制作氧化铝的工 艺流程： （2）粉体的添加剂
玻璃陶瓷复合材料的制备及其性能研究
玻璃陶瓷复合材料的制备及其性能研究 在如今的科技发展日新月异的时代，为了适应不断变化的需求，各种材料都在不断被研发和推广。其中，玻璃陶瓷复合材料作为 一种新型材料已经逐渐应用到生产和实践中。本文将从制备和性 能两个方面来探讨玻璃陶瓷复合材料。 一、制备 玻璃陶瓷复合材料是由玻璃、氧化铝和氧化锆等陶瓷颗粒组成的。其制备过程主要包括粉末的制备和成型工艺两个步骤。 1.粉末的制备 粉末的制备过程是制备玻璃陶瓷复合材料的关键。通常，选择 合适的原材料是制备成功的前提。同时，为了得到稳定的粉末体系，在实际生产中，常使用理化方法、凝胶法、水热法等多种方 法进行粉末的制备。 （1）理化法 利用相应的化学原理，制备合适的物质进行处理，得到所需的 材料粉末。例如，利用水热合成路易斯酸和碱的离子反应制备铝 氧体和锆氧体的粉末。 （2）凝胶法
在凝胶法中，将氧化铝和氧化锆悬浊液加入可以生成凝胶的化学物质（如硝酸铝、氯化锆、硝酸铅等）中制备所需的粉末。 （3）水热法 在水热法中，将氧化铝和氧化锆的混合物加入含有相应化学物质的水溶液中。在设定好的温度和时间条件下，得到所需要的粉末。 2.成型工艺 从制备材料的角度分析，研究制备材料的成型方法的优化是非常必要且重要的。常用的成型方法包括：压制、注射成型、挤压成型、模压和3D打印等。 （1）压制 制备过程中，将所需的粉末压缩成固体，之后再通过烧结和高温处理得到所需的终产品。 （2）注射成型 在注射成型中，将粉末混合物加入注射机中，通过注射器将混合物注入一个模具中，依靠模具的形状来进行成型。 （3）挤压成型 在挤压成型中，将粉末混合物通过挤压机挤压成形，依靠挤压机的压力来进行成型。
ZrO2合成
无机092 宋飞杨099024265 ZrO2合成实验 一、ZrO2在国内外的研究现状 综述了纳米氧化锆在陶瓷增韧、催化作用、传感器以及功能薄膜等领域的应用,由于纳米ZrO2 具有超塑性行为,被用作陶瓷增韧的材料;纳米ZrO2 的化学稳定性好,粒子尺寸小,比表面积大,使催化性能大大提高;由于纳米ZrO2 禁带宽、折射率高,被广泛应用于各种光学薄膜;纳米氧化锆涂层晶粒堆积紧密、气孔率低、涂层的结合性能较好,被广泛用作热障涂层.综合分析认为纳米氧化锆具有十分广阔的应用前景. 1. 1、ZrO2的应用。 1．1.1提高陶瓷的韧性 利用ZrO2 的相变增韧、残余应力增韧及微裂纹增韧效应，ZrO2 被广泛用于增韧其他陶瓷和脆性金属间化合物，如将纳米ZrO2 如粒子分散于氧化铝陶瓷中能增强其抗弯强度和断裂韧性。国内外对氧化锆相变增韧氧化铝陶瓷做了较深入的研究。张巨先等通过微波加热ZrOCl2·8H2O的醣水溶液，用HPC作分散剂，制备出无团聚、单分散的纳米水合ZrO2 ，结果发现ZrO2 均匀地弥散分布在ZTA陶瓷中，分析认为ZrO2 主要以t相形式稳定存在，其相变增韧作用很小，裂纹偏转和裂纹增韧作用增强。徐利华等对ZrO2 增韧A12O3—TiC系陶瓷复合材料的力学性能及其耐磨性能进行了研究。 郭兴忠等采用溶胶一凝胶法合成了锫溶胶，并在刚玉一莫来石质材料中引入ZrO2 ，分析了ZrO2 溶胶对刚玉一莫来石复相陶瓷性能的影响特征。研究结果表明，ZrO2 在主体材料中形成纳米包裹薄膜，其分布可控和均匀掺人，不仅提高了复相陶瓷的抗热震性、高温强度及蠕变性，而且还使微观结构可控、晶粒尺寸均匀。加入ZrO2 溶胶产生氧化锆粒子的应力诱导相变增韧和微裂纹增韧是刚玉一莫来石质材料热震稳定性提高的主要原因。 1．1.2催化领域的应用 纳米ZrO2 由于粒子尺寸小，而使其比表面积大大增加，作为催化剂及其载体，可使催化性能大大提高。ZrO2 作为催化剂或催化剂的载体，具有较强的酸性及高的热稳定性，可用于烯烃加氢、环氧化、醇脱水、缩合反应等。Maehashi 等钉发现ZrO2 也是性能优良的异构合成催化剂，能够选择性地催化合成异丁烯。梁丽萍等叫采用凝胶超临界流体干燥工艺制备无团聚ZrO2 (CaO)超微粉体，考察了ZrO2 (CaO)催化剂对C0完全氧化反应的催化活性。发现该方法制得的ZrO2具有较高的比表面积、大孔体积、小粒径及良好单分散性等特点。李映伟等考察了纳米ZrO2 催化一氧化碳加氢合成异丁烯的反应，认为纳米ZrO2 的制备方法对ZrO2 的物理性质和催化性能有较大的影响。用超I临界流体干燥并在流动N2气氛中焙烧制得的ZrO2 催化剂，对异丁烯具有较高的选择性。当加人A12O3和KOH助剂时，表现出非常优良的助剂效应，在大幅度提高催化剂对i-C4烃选择性的同时，仍然保持了同样高的催化活性。刘欣梅等提出了一种独特的固态反应一结构导向合成技术，成功地解决了纳米介孑L ZrO2 的合成，得到了纳米尺度均一、介孔结构丰富的新型材料。朱江使用ZrO2 的纳米粉末取代常规的混合催化剂(K2S04：
CaO–Al2O3–SiO2复合烧结助剂添加量对ZrO2Al2O3复相陶瓷性能的影响
氧化锆增韧氧化铝(zirconia toughened alumina, ZrO2/Al2O3)复相陶瓷因其既具有Al2O3陶瓷高硬度、高强度又具有ZrO2陶瓷高韧性的特点被广泛应用于航天、机械制造和 的晶型结构, 经1700℃以上烧结才能得到相对密度高、力学性能良好的ZrO2/Al2O3复相 备陶瓷过程中经常会添加多种烧结助剂搭配的复合添加剂, 不仅有利于降低烧结温度, 还可以改善烧结体显微组织结构, 有助于增强陶瓷材料综合力学性能。由CaO–Al2O3–SiO2三元相图可知, 当CaO、Al2O3和SiO2质量比为23.3:14.7:62.0时, 复合烧结助剂形成的熔融相可将陶瓷烧结温度降低至1200℃左右。烧结助剂形成的熔融相可提高Al2O3晶粒之间的流动性, 从而提升晶粒之间的传质和迁移速率, 有利于实现ZrO2/Al2O3陶瓷低温致密化烧结。CaO可以作为稳定剂防止t-ZrO2在低温区发生马氏体相变, 马氏体相变过程中会产生3%~5%体积膨胀、7%~8%剪切应变, 产生的压应力不利于陶瓷基体断裂韧性的提升。同时, 如果在烧结过程中烧结助剂添加过量, 会生成大量的玻璃相, 诱发晶粒过度生长, 形成过烧缺陷, 导致基体脆性增大, 不利于复合陶瓷综合力学性能的提高[8-10]。 本文采用CaO、Al2O3和SiO2质量比为23.3:14.7:62.0的CaO–Al2O3–SiO2复合烧结助剂, 分别将质量分数为3%、5%、7%和9%的复合烧结助添加到Zr O2/Al2O3复相陶瓷原料粉体中, 经常压烧结制备实验试样, 研究CaO–Al2O3–SiO2复合烧结助剂添加量对Zr O2/Al2O3复相陶瓷力学性能和显微组织性能的影响。 1. 烧结助剂制备及影响因素 1.1 烧结助剂的制备
氧化铝陶瓷的发展与应用
氧化铝陶瓷的发展与应用 一、本文概述 氧化铝陶瓷，作为一种高性能的无机非金属材料，自问世以来，就在众多工业领域中发挥着至关重要的作用。氧化铝陶瓷凭借其独特的物理和化学性质，如高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、低热膨胀系数和良好的绝缘性等，已被广泛应用于机械、电子、化工、航空、医疗等多个领域。本文旨在对氧化铝陶瓷的发展历程进行系统的梳理，探讨其应用领域的变化和扩展，同时展望未来的发展趋势和挑战。我们将从氧化铝陶瓷的制备工艺、性能特点、应用实例以及发展趋势等方面进行详细阐述，以期为相关领域的研究者和从业者提供有益的参考。 二、氧化铝陶瓷的发展历程 氧化铝陶瓷的发展历程可谓源远流长，其起源可以追溯到20世纪初。早期的氧化铝陶瓷由于制备技术的限制，其性能和应用领域相对有限。然而，随着科学技术的进步，特别是陶瓷制备技术的不断创新和突破，氧化铝陶瓷的性能得到了极大的提升，应用领域也日渐广泛。 20世纪中期，氧化铝陶瓷的制备技术取得了重要突破，人们开
始能够生产出高纯度、高致密度的氧化铝陶瓷材料。这一时期的氧化铝陶瓷以其优异的耐磨、耐腐蚀和高温稳定性等特点，开始在工业领域得到应用，如用于制造耐磨零件、耐腐蚀管道等。 进入20世纪末期，氧化铝陶瓷的制备技术进一步成熟，人们开始探索其在更多领域的应用。特别是在电子、航空航天等领域，氧化铝陶瓷因其高绝缘性、高热稳定性和高机械强度等特性，成为了不可替代的关键材料。 进入21世纪，随着纳米技术的兴起和发展，氧化铝陶瓷的制备技术再次取得了重大突破。纳米氧化铝陶瓷的出现，极大地提升了氧化铝陶瓷的性能，使其在高温、高压、强腐蚀等极端环境下仍能保持良好的稳定性和可靠性。因此，氧化铝陶瓷在能源、环保、医疗等领域的应用也越来越广泛。 氧化铝陶瓷的发展历程是一部不断突破和创新的历史。从早期的简单应用到如今在多个领域的广泛应用，氧化铝陶瓷的性能和应用领域都得到了极大的拓展和提升。随着科技的不断发展，相信氧化铝陶瓷在未来还将有更加广阔的应用前景。 三、氧化铝陶瓷的生产工艺与技术 氧化铝陶瓷的生产工艺与技术是确保其优异性能与广泛应用的关键。从原料的选取到成品的出炉，每一环节都需要严格的操作与精