共晶成分Al2O3/ZrO2/YAG粉体与陶瓷的制备及性能研究

作     者：喻天罡 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：欧阳家虎

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：Al2O3/ZrO2/YAG 醇水沉淀 复相陶瓷 内晶型结构 高温熔凝 

摘      要：采用醇水共沉淀法制备了AlO/ZrO/YAG共晶成分复相粉体,探究了前驱体制备过程中阴离子种类、阳离子浓度、p H值、分散剂种类、陈化时间对于前驱体分散性与形貌影响,优化了前驱体的制备参数,前驱体形貌采用SEM进行了表征。在不同温度下对前驱体进行了煅烧,并采用TG-DTA、XRD等表征方法对前驱体的相变过程进行研究,确定了最佳煅烧温度。前驱体煅烧后制备出粒径为300nm左右的AlO/ZrO/YAG共晶成分复相粉体,粉体分散性良好,物相准确,为α-Al2O3、c-Zr O2、YAG。采用TEM对粉体物相结构特征进行了表征,TEM形貌结合衍射斑点图表明粉体具有α-Al2O3相颗粒包裹c-Zr O2相颗粒的特殊结构。采用液相法制备的粉体为原料,应用热压烧结工艺进行了AlO/ZrO/YAG复相陶瓷烧结体的制备,热压烧结曲线表明复相陶瓷的最快致密化温度为1500o C。选定1400o C-1600o C的温度范围对复相陶瓷进行了烧结。烧结后陶瓷物相与粉体一致,内部各相分布均匀。在1500o C与1550o C温度下热压烧结制备的复相陶瓷具有c-Zr O2晶粒在α-Al2O3内部的内晶型结构。分别采用不同的热压烧结温度进行了复相块体的制备并对其系列机械性能进行测试,AlO/ZrO/YAG复相陶瓷在1550o C温度条件下制备的复相陶瓷具有最佳的综合性能,致密度、室温抗弯强度、高温抗弯强度(1000o C)、断裂韧性、维氏硬度分别达到了98.8%、419MPa、464MPa、3.69MPa·m1/2、14.8GPa。结合断口与裂纹扩展路径分析,其具有裂纹偏转、裂纹分叉、内晶型强化的增韧机制。在1700o C、1800o C下采用熔凝法制备了AlO/ZrO/YAG共晶陶瓷。其中1700o C温度下物相为α-Al2O3、c-Zr O2、YAG,而1800o C制备的共晶陶瓷中物相为α-Al2O3、c-Zr O2、YAP。熔凝法制备的共晶陶瓷内部分为两相共晶区与三相共晶,温度场对共晶陶瓷组织造成了一定影响。1700o C下制备的共晶陶瓷具有较好的性能,致密度与断裂韧性分别可达98.4%和5.44MPa·m1/2.研究了采用不同坯体对共晶陶瓷组织性能的影响,采用烧结块体作熔凝坯体可有效改善共晶陶瓷性能。AlO/ZrO/YAG共晶陶瓷经1450oC下热处理10h后保持了良好组织稳定性,在1650o C下热处理10h会导致组织粗化,影响共晶陶瓷的性能。