Ti-ZrO_2系金属陶瓷的氧化性能研究.PDF

第 7 卷 　第 2 期 电化学 Vol. 7 　No. 2 2001 年 5 月 EL ECTROCHEMISTR Y May 2001 ( ) 文章编号 :1006-3471 2001 02-0220-08 TiZrO2 系金属陶瓷的氧化性能研究 李文超 ,滕立东 (北京科技大学理化系 ,北京 100083) 摘要 : 　本文研究了由等体积比的 Ti 与 5 YTZP 热压合成的金属陶瓷的抗氧化性能. 首先进行了 热力学分析 ,证实在 0. 1 MPa 的空气氛中发生高温反应时 ,只发生氧化反应而不会氮化. 研究表明 其氧化动力学规律与纯钛类似 ,只是材料中 ZrO2 的存在使氧的扩散阻力增大 ,表现为扩散活化能 远高于氧在钛氧固溶体中的扩散活化能 ;氧化初期恒温增重曲线符合抛物线规律. XRD 和 TEM 分析证明 ,氧化产物的主晶相为金红石结构的 TiO ,此外还有少量的 Zr TiO . 氧化层表面和断面的 2 4 SEM 分析表明 ,氧化膜中存在两种类型的裂纹 ,ZrO / Ti ( 或 TiO ) 的界面裂纹主要是由加热或冷 2 2 却过程中因 ZrO2 与 Ti (或 TiO2 ) 的热膨胀系数失配而造成的. 氧化层中出现平行于氧化表面的裂 纹产生于氧化层与基体的界面应力 ,ZrO2 的存在能于一定程度上抑制此类裂纹的扩展. TiZrO 系 ;金属陶瓷 ;反应热力学 ;氧化动力学 ;显微结构 关键词 : 　 2 中图分类号: 　TG 172. 82 　　　　　　　文献标识码 : 　A 以 TiZrO2 系梯度材料作为高温热障材料 ,必须考虑使用条件下氧化气氛对梯度层内金 属 Ti 组元的氧化作用. Ti 的氧化过程已有系统的研究[1～4 ] ,但关于 TiZrO2 复合材料的氧化 动力学尚未见报道. 由于金属陶瓷中材料相结构的复杂性以及陶瓷相ZrO2 与氧化产物之间可 能存在的化学反应 , 以致 TiZrO2 金属陶瓷的氧化过程将比纯金属 Ti 更为复杂 ,本文选择了 具有梯度中间层组成的 TiZrO2 热压烧结材料作为研究对象 ,探讨其氧化动力学行为 ,并对氧 化膜的显微结构进行了深入分析 , 以期对 TiZrO2 系梯度材料的开发应用提供技术依据. 1 　实验方法 1 . 1 　试样制备 将 5 % mol Y O 稳定的 ZrO 和钛粉以等体积比混合后 ,在 20 Mpa 压力下压制成型. 压 2 3 2 制好的样品放在直径 50 mm 的石墨坩埚内于高纯氩气氛中热压烧结 ,升温速率为 10 ℃/ min , 烧结温度 1 400 ℃,保温时间 2. 0 h ,烧结压力 25 Mpa , 试样编号为 5 YZT5. 另采用 HIGH MUL TIL5000 型多功能热压炉完成烧结. 烧结后的试样经切割、粗磨、细磨、抛光后 ,制成尺寸 收稿日期 : ;修订日期 通信联系人 α ( )