ZrO特种陶瓷的研制 .docVIP

PAGE  PAGE 6 ZrO2特种陶瓷的研制 姓名:邓松 班级:无机普08 学号:2008440527 摘要：在结构陶瓷方面，由于氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。主要有:Y-TZP磨球、分散和研磨介质、喷嘴、球阀球座、氧化锆模具、微型风扇轴心、光纤插针、光纤套筒、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、表壳及表带、高尔夫球的轻型击球棒及其它室温耐磨零器件等。 在功能陶瓷方面，其优异的耐高温性能作为感应加热管、耐火材料、发热元件使用。氧化锆陶瓷具有敏感的电性能参数，主要应用于氧传感器,固体燃料电池和高温发热体等领域。Zr02具有较高的折射率(N-21^22)，在超细的氧化锆粉末中添加一定的着色元素(V205, Mo03, Fe203等)，可将它制成多彩的半透明多晶Zr02材料，像天然宝石一样闪烁着绚丽多彩的光芒，可制成各种装饰品。另外，氧化锆在热障涂层、催化剂载体、医疗、保健、耐火材料、纺织等领域正得到广泛应用。本次实验主要研究冷等静压成型的氧化锆陶瓷的耐磨性能和抗弯性能。以配置好的氧化锆粉体作为原料，经干压预成型和冷等静压成型后，采用传统的常压烧结工艺,制备出了了氧化锆陶瓷材料，并对不同烧结温度下制备的氧化锆陶瓷性能做了对比分析。结果表明：冷等静压成型压力为150MPa，烧成温度为1550℃时，可获得性能比较优良的氧化锆陶瓷材料，样品的维氏硬度为18.2GPa，抗弯强度798MPa，断裂韧性10.2 MPa·m1/2，达到了高性能氧化锆陶瓷刀具的性能要求。 关键词：ZrO2陶瓷，成型压力，烧成温度,性能 0 前言 纯ZrO2为白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般含有HfO2，不易分离。世界上已探明的锆资源约为1900万吨，氧化锆通常是由锆矿石提纯制得。在常压下纯ZrO2共有三种晶态：单斜（Monoclinic）氧化锆（m-ZrO2）、四方（Tetragonal）氧化锆（t-ZrO2）和立方（Cubic）氧化锆（c-ZrO2），上述三种晶型存在于不同的温度范围，并可以相互转化： 　温度 密度 　　单斜（Monoclinic）氧化锆（m-ZrO2） 950℃ 5.65g/cc 　　四方（Tetragonal）氧化锆（t-ZrO2） 1200-2370℃ 6.10g/cc 　　立方（Cubic）氧化锆（c-ZrO2） 2370℃ 6.27g/cc ZrO2陶瓷材料有“陶瓷钢”的美誉，氧化锆陶瓷作为结构陶瓷具有强度高、硬度高、断裂韧性好、耐腐蚀等一系列优良的物理和化学性能[1-2]。在现代工程应用上显示出了比金属刚性件更优异的性能，目前对作为刀具材料用的氧化锆(ZrO2)陶瓷的研究还比较少，尤其是在关于工业用连续切削的氧化锆陶瓷刀具材料方面的研究。 四方氧化锆多晶体陶瓷(TZP)作为一种新型的陶瓷材料近年来发展很快,通过控制和改变添加剂(稳定剂)的种类和浓度可使其机械性能得到明显的改善[3]。是由于稳定剂的作用和氧化锆晶粒间的抑制，使得TZP材料中的所有氧化锆晶粒都以四方相(简称t相)形式存在，此时其在应力诱导下可相变的四方氧化锆的比例最高，因而具有特别高的室温断裂韧性和抗弯强度[4]。 1氧化锆陶瓷的制备及实验方法 1.1 试验方案及工艺 以配置好的ZrO2粉体为原料制备3组样品，3组样品采用同样的成型制度（15MPa压力下预成型后在150MPa压力下冷等静压成型），并分别在烧成温度为1450℃、1500℃、1550℃下采用常压烧结工艺制备出四方相氧化锆多晶陶瓷（TZP），通过X射线衍射仪，GKL数显式工程陶瓷抗压强度测定仪，GKL数显式工程陶瓷抗弯强度测定仪，扫描电镜等先进的测验设备，分别研究成型压力及烧结温度对氧化锆(ZrO2)陶瓷材料结构和性能的影响因素。ZrO2陶瓷材料的制备工艺流程图如图1所示： 产品型号 项目OZ-POZ-BOZ-R-1OZ-R-2OZ-R-3OZ-R-4OZ-R-5OZ-B-1OZ-B-2化 学 成 分Zr(Hf)O2%≥99.999.999.599.999.599.599.599.5SiO2＜0.02000.01000.01200.01500.02000.02000.02000.0200Fe2O3＜0.00300.00050.00200.00300.00500.00500.00500.0050TiO2＜0.00300.001