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氧化钇含量对氧化锆陶瓷力学性能及抗热震性的影响

吴珊;姜兴振;黄志兵;蒋泓清

【摘要】在氧化锆中加入不同质量分数的氧化钇,采用1460℃常压烧结,保温4h,

制得氧化钇稳定氧化锆陶瓷.并分析不同的氧化钇含量下,氧化锆陶瓷相变化、材料

密度、维氏硬度、抗弯强度、抗热震性的变化.当氧化钇质量百分含量达到5.5%的

时,材料的密度、硬度、抗弯强度等力学性能达到最大值,并且此时的抗热震性较好,

超过这个临界值,材料的性能将下降.

【期刊名称】《广州化工》

【年(卷),期】2013(041)012

【总页数】3页(P66-68)

【关键词】氧化锆陶瓷;氧化钇;相组成;抗热震性

【作者】吴珊;姜兴振;黄志兵;蒋泓清

【作者单位】江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学

材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣

州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000

【正文语种】中文

【中图分类】TQ174.1

1氧化锆概述

ZrO2有三种晶型[1],低温环境下为单斜晶系,密度5.65g/cm3,高温环境下

为,密度为6.10g/cm3。当温度进一步升高,四方晶系将会转变为立方晶系,密

度为6.27g/cm3。其相互转化关系如下:

氧化锆(ZrO2)陶瓷作为结构材料和功能材料已经进行了较多的研究,由于晶型转

变,发生体积变化,会造成开裂,影响ZrO2陶瓷的性能,故常在ZrO2陶瓷中添

加晶型稳定剂,如CaO、MgO、Y2O3、CeO2和其他的稀土氧化物。这些氧化

物的加入可以促使ZrO2变成无异常膨胀、收缩的立方或四方晶型的稳定ZrO2。

根据加入稳定剂数量的不同,可得到稳定(StabilizedZirconia,或SZ)以及部分稳

定ZrO2(PartiallyStabilizedZirconia,或PSZ)。常见的多为Y2O3稳定的ZrO2

陶瓷材料。不同的相组成对氧化锆陶瓷的性能具有较大的影响[3],不同的

Y2O3含量将会影响氧化锆陶瓷材料的相组成及力学性能。

本实验通过研究不同氧化钇的质量百分含量对氧化锆陶瓷的影响,得到当质量百分

数为5.5%时,Y-TZP(TeragonalZirconiaPolycrystalsStabilized)的力学性

能最佳。

2实验

2.1材料与样品的制备

实验原料:高纯度Y2O3粉体(纯度≥99.999%),利用浓硝酸(68%)将其完全溶解,

稀释Y(NO3)3溶液,将稀释好的溶液与ZrOCl2水溶液混合,利用化学共沉淀法

[4]制备不同质量分数的Y2O3-ZrO2粉末。将制备好的粉末进行1100℃高温

煅烧。

粉料经过干压成型后,再通过180MPa的冷等静压进行压制成型,最后将样品放

置于1460℃电炉中进行常压烧结,保温4h,最后随炉冷却。

2.2测试方法

对上述陶瓷烧结体采用德国BrukerD8advanceX射线衍射分析仪确定相组成;利

用荷兰飞利浦公司XL30扫描电子显微镜观察材料断口形貌;硬度是在INSTRON-

2100B维氏显微硬度计利用压痕法进行测试;抗弯强度是在INSTRON--5566万

能材料试验机利用三点弯曲法进行测定分析;利用PCY高温卧式膨胀仪测定氧化锆

陶瓷材料的线膨胀系数。

2结果分析与讨论

3.1不同氧化钇含量对材料密度的影响

加入不同氧化钇含量稳定的氧化锆陶瓷的相对密度如表1所示。

表1不同含量氧化钇稳定氧化锆陶瓷的密度Table1Thedensityofdifferent

contentofyttriumoxidestabilityzirconiaceramics

从表1可知,在达到临界值之前,随着氧化钇的含量增加,材料的致密化程度越

来越好,当超过临界值以后,又呈现致密化下降的趋势。由于Y3+取代Zr4+形成

置换型固溶体,在这种情况下晶格将会产生畸变,材料的烧结随着缺陷的增加而得

到促进,材料的致密度也随之加强。而当氧化钇的含量超过5.5wt%临界值的时候,

氧化钇的增加则会反过来阻碍氧化锆陶瓷烧结过程中的结晶,从而降低了材料的致

密度。所以当

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