納米氧化鋯（VK-R30Y3）增韌氧化鋁陶瓷材料研究

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1，陶瓷材料的制備方法：

以a-Al2O3粉體（粒徑1-2um, 純度99.99%）為基體，添加相為宣城晶瑞新材料有限公司生產(chǎn)的納米ZrO2(粒徑為30納米，純度99.9%)，主晶相為四方相。添加MgO作為助燒劑。納米氧化鋯含量分別為5%，10%，15%，20%，25%進(jìn)行配料。將納米粉體分散后，把所有混合液裝入球磨罐中球磨48小時(shí)，然后將球磨后的復(fù)合料在真空干燥箱中干燥，并將干燥后的復(fù)合料過200目不銹鋼篩。將粉料裝入石墨模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度在1550-1700度，保溫時(shí)間30分鐘，燒結(jié)壓力為30Mpa。.

結(jié)果分析

1材料物相及微觀結(jié)構(gòu)分析

在熱壓燒結(jié)溫度1600度，保溫時(shí)間為30min, 燒結(jié)壓力為30Mpa時(shí)，隨著納米ZrO2含量的增加，氧化鋯的晶型發(fā)生了變化，在A5Z和Z15Z中，全部為四方相，而在A25Z中除了四方相外，還出現(xiàn)少量的單斜相。

圖2為A15在不同燒結(jié)溫度下的XRD圖，從圖中可以看出，隨著燒結(jié)溫度的升高，A15Z中氧化鋯晶型發(fā)生了變化。當(dāng)燒結(jié)溫度在1600度時(shí)，材料中氧化鋯晶相全部為四方相，當(dāng)燒結(jié)溫度升高到1700度時(shí)，材料中氧化鋯除了四方相外，還有一定量的單斜相，占氧化鋯含量的28%.

圖3為材料A5Z，A15Z，A25Z的SEM照片，由圖可見，在相同燒結(jié)工藝下，當(dāng)燒結(jié)溫度為1600度時(shí)，隨著氧化鋯含量的增加，基體晶粒尺寸明細(xì)減小，表明氧化鋯可以抑制基體氧化鋁晶粒長(zhǎng)大，且材料的斷裂方式為沿晶斷裂和穿晶斷裂并存。當(dāng)燒結(jié)溫度從1600度升高到1700度時(shí)，晶粒明顯長(zhǎng)大。材料的主要斷裂方式變成單純的沿晶斷裂。由于晶粒長(zhǎng)大，致使部分氧化鋯晶粒尺寸超過了相變極限尺寸，部分氧化鋯晶粒從燒結(jié)溫度冷卻至室溫時(shí)已經(jīng)發(fā)生馬氏體相變，轉(zhuǎn)變成單斜相。由圖中3C可見，當(dāng)氧化鋯含量為25%時(shí)，納米氧化鋯粉體團(tuán)聚加劇，致使燒結(jié)體密度偏低，存在明顯氣孔。材料密度較低，使基體材料對(duì)氧化鋯晶粒的束縛力偏小，從而降低四方相氧化鋯晶粒的穩(wěn)定性，同樣會(huì)使氧化鋯晶粒在從燒結(jié)溫度冷卻到室溫時(shí)發(fā)生馬氏體相變，轉(zhuǎn)成單斜相。

材料力學(xué)性能分析

表一為在不同溫度下材料A5Z，A10Z，A15Z，A20Z，A25Z的最佳力學(xué)性能。隨著納米氧化鋯粉體含量的增大，燒結(jié)溫度降低，這是由于納米粉體的加入使復(fù)合物粉體具有更好的燒結(jié)活性。材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度較純氧化鋁有較大的提高。納米氧化鋯含量在15%時(shí)，材料的綜合力學(xué)性能最佳,抗彎強(qiáng)度766.74MPa,斷裂韌度6.13PMa.m1/2, 維氏硬度19.31GPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了單相的氧化鋁材料。說(shuō)明納米氧化鋯的加入使材料力學(xué)性能大幅提高。