两步烧结法制备纳米氧化钇稳定的四方氧化锆陶瓷

采用共沉淀法制备纳米氧化钇稳定的四方氧化锆(yttria stabilized tetragonal zirconia,3Y-TZP)粉体。利用X射线衍射、N2吸附–脱附等温线,透射电子显微镜对3Y-TZP粉体的物理性能和化学性能进行表征。研究了纳米3Y-TZP粉体的烧结曲线,分析了3Y-TZP素坯在烧结过程中的致密化行为和显微结构,探讨了两步烧结工艺对3Y-TZP纳米陶瓷微观结构的影响。结果表明:采用共沉淀法,在600℃煅烧2h后,可获得晶粒尺寸为13nm、晶型发育良好、团聚较少的纳米3Y-TZP粉体;采用两步烧结法,将素坯升温至1200℃保温1min后,再降温到1050℃保温35h,可获得相对密度大于98%,晶粒尺寸约为100 nm的3Y-TZP陶瓷。两步烧结法通过控制煅烧温度和保温时间,利用晶界扩散及其迁移动力学之间的差异,使晶粒生长受到抑制,样品烧结致密化得以维持,实现在晶粒无显著生长前提下完成致密化。

液相烧结氧化铝和氧化钇稳定四方氧化锆复相材料的显微结构与力学性能

以TiO2,MnO2及CaOAl2O3SiO2玻璃为烧结助剂,利用液相烧结法制备了氧化铝和3%氧化钇稳定四方氧化锆复相材料。研究了烧结助剂对材料致密化、显微结构及力学性能的影响。结果表明:除TiO2可与ZrO2晶粒形成部分固溶外,烧结助剂主要以晶间玻璃相的形式存在,并影响了Y2O3在ZrO2晶粒中的分布。烧结助剂的引入显著促进材料的致密化,降低了烧结温度,使材料具有细晶结构,因而具有良好的力学性能。

上釉技术对氧化钇稳定四方相氧化锆多晶陶瓷粘接及力学性能的影响

背景:任何表面处理都应在不损害原有氧化钇稳定四方相氧化锆多晶陶瓷强度的前提下提高其粘接强度。目前缺乏上釉技术对氧化钇稳定四方相氧化锆多晶陶瓷粘接强度影响的资料,并且其对氧化钇稳定四方相氧化锆多晶陶瓷力学性能的影响尚不明确。目的:评估上釉技术对氧化钇稳定四方相氧化锆多晶陶瓷力学行为及其与树脂水门汀粘接强度的影响。方法:制作氧化钇稳定四方相氧化锆多晶陶瓷试件并随机分为4组:A组,表面不做任何处理;B组,110μm氧化铝颗粒喷砂;C组,上釉+氢氟酸酸蚀;D组,上釉+氢氟酸酸蚀+硅烷化。检测每组试件的表面显微形貌、粗糙度、晶相结构、元素组成、剪切粘接强度和弯曲强度,并观察剪切粘接强度测试后所有断面的断裂模式。结果与结论:①经表面处理后的试件粗糙度明显增大,降序排列依次为C组(0.62±0.01)μm、D组(0.55±0.02)μm、B组(0.11±0.02)μm、A组(0.05±0.01)μm,5组间粗糙度比较差异有显著性意义(P<0.05);②B组试件表面含有2.2%单斜相氧化锆,而其他组含量均为零;③除锆和氧2种元素外,B组还含有铝元素6.49%,C和D组分别含有硅元素18.67%和25.78%;④A、B、C、D组的剪切粘接强度分别为(3.11±0.40),(4.23±0.45),(6.62±0.60),(10.46±0.83)MPa,组间两两比较差异均有显著性意义(P<0.05);⑤A、B、C和D组的三点弯曲强度分别为(961.07±75.53),(1234.73±114.09),(1024.28±120.51),(1036.09±80.10)MPa,其中A、C和D组两两比较差异无显著性意义(P>0.05),B组与A、C、D组比较差异有显著性意义(P<0.05);⑥结果表明,上釉技术未明显提升氧化钇稳定四方相氧化锆多晶陶瓷的弯曲强度,但上釉后经氢氟酸蚀刻并硅烷化处理可显著增强氧化钇稳定四方相氧化锆多晶陶瓷与树脂水门汀之间的粘接强度。

氧化钇稳定四方氧化锆陶瓷的性能老化研究

综述了Y-TZP材料的老化行为、老化机理及提高Y-TZP材料抗老化性能的主要途径及今后进一步的研究方向,同时对近年来的主要研究成果作了简要评述。

氧化钇稳定氧化锆超细粉末的制备和性能

采用共沉淀法制备３ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３－ＺｒＯ２超细粉末，使用乙醇或丙酮洗涤沉淀，以消除颗粒团聚。应用ＤＴＡ热分析仪、颗粒度分析仪和Ｘ光衍射仪研究分析了粉末的热分解特性、颗粒大小和分布以及相组成。实验结果表明，粉末平均颗粒直径小于０．５μｍ，在６５０℃下处理的氧化钇稳定氧化锆超细粉末以单斜－四方晶型存在。

相转移分离法制备氧化钇稳定的氧化锆超细粉末

相转移分离法是1种新颖的陶瓷粉末制备方法,能迅速有效地从溶液中分离出高度亲水的氢氧化物沉淀,从而达到液-固分离的目的。本研究首次用该方法制备了8mol%氧化钇稳定的氧化锆(8YSZ)超细粉末。合成的8YSZ粉末具有赝立方结构,平均粒径在20nm～30nm左右。粉末中Na和Cl的含量分别为7.05×10-6和1.414×10-4。工艺中的石油醚可以回收,回收率为80%。可以认为,相转移分离法是1种有广阔应用前景的超细陶瓷粉末制备方法。

添加不同稳定剂制备的四方氧化锆晶型转变临界尺寸研究

以八水氧氯化锆(ZrOCl_2·8H_2O)为原料,以氨水(NH_3·H_2O)、氢氧化钠(Na OH)溶液为沉淀剂,采用溶胶-凝胶法制备纳米级氧化锆粉体,对前驱体加入不同的稳定剂,通过吸滤、干燥、煅烧等工艺,得到以四方氧化锆晶相为主、不同粒度组成、不同四方相含量的样品。利用激光纳米粒度分析仪、X-射线衍射(XRD)等分析手段分别对粉体的粒径、物相组成进行表征,分别采用晶面公式、谢乐公式对四方相含量、晶粒尺寸进行计算。分析了室温下加入不同稳定剂制备的氧化锆纳米粉体中四方相含量和颗粒粒径之间的关系。结果表明:氧化钇稳定的氧化锆纳米粉粒度更细、粒度分布更均匀。经400~1000℃×2 h煅烧后,通过氧化锆纳米粉晶粒尺寸累积分布与四方相含量的关系可以得出以氧化镁、氧化钙、氧化钇为稳定剂制备的氧化锆纳米粉相变临界粒径分别为24~28 nm、26~33.6 nm、18~22.6 nm。

钛合金表面磁控溅射制备羟基磷灰石／氧化钇稳定氧化锆复合涂层

采用磁控溅射法在Ti6Al4V基体上制备了HA／YSZ复合涂层。用X射线衍射仪、扫描电镜、原子力显微镜和划痕法对涂层进行了表征。结果表明:用磁控溅射法可在Ti6Al4V基体上成功制备HA／YSZ复合涂层,涂层主要含有HA、ZrO2和Y2O3物相,此外还有少量的TCP和CaO相;涂层表面呈多孔状,有利于类骨组织的长入,表面显微粗糙度约为140 nm,涂层厚度约为4μm;划痕法测量涂层与基体的附着力约为80 N。

固相含量对氧化钇稳定氧化锆性能的影响(英文)

主要研究料浆固相含量对氧化钇稳定氧化锆料浆流变性质,以及YSZ的微结构、密度和强度的影响规律,并分析讨论其原因。结果表明不同固相含量的氧化钇稳定氧化锆料浆表现为剪切变稀的特征,随固相含量增加,坯体密度增加,强度降低,而烧结体密度是先增加后减少的,固相含量为53%(体积分数)时,坯体比较均匀,气孔少。

CeO_2-Y_2O_3共稳定纳米四方多晶氧化锆粉体的制备与研究

用共沉淀法制备掺杂复合稳定剂CeO2-Y2O3纳米四方多晶氧化锆粉体,并讨论了pH,煅烧温度以及稳定剂的含量对所制备的粉体的组成情况和晶粒尺寸。用XRD、BET和热分析的结果表明pH≥9.5,煅烧温度为700℃左右可以获得细晶、稳定的TZP粉体。

低温微波水热法制备氧化钇稳定氧化锆

微波水热合成法是新型的纳米粉体材料制备方法，它与常规水热法相比，反应时间更短、反应温度更低，并且微波的非热效应影响产物晶型的形成。立方相氧化钇稳定氧化锆（YSZ）陶瓷材料是制作氧传感器、固体氧化物燃料电池及高温湿度传感器等多种功能元器件的核心原材料。采用可程序化控制的MARS-5微波消解仪实现了微波水热合成，反应温度100-120℃，反应时间1-5h，在强碱环境下制备氧化钇稳定氧化锆纳米粉体，而常规水热法制备氧化锆的温度一般为190-250℃。采用X射线衍射、热分析等方法，研究了温度、时间、pH和Y2O3含量对产物粒度和晶型的影响，使用了Rietveld方法进行定量分析、粒度计算。结果显示，与常规水热法相比，微波水热法不仅缩短了反应时间，并且影响产物的结构组成。分析表明，微波加速反应的机理可以用晶粒旋转驱动的晶粒聚合解释，而微波的介电加热效应，微波离子传导损耗等是加速化学反应的主要原因。

氧化钇稳定氧化锆的制备及电性能测试

氧化钇稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia,YSZ)是目前使用最多的电解质材料,探索了以YSZ纳米粉体为原料,采用固相法制备YSZ电解质薄片。采用X射线衍射(XRD)测试了它的微结构;采用交流四端子法测瓷体的电导率。实验表明,最佳烧结温度在1300℃,气孔含量少、晶粒均匀,电导率高,800℃时为0.08 S.m-1,是理想的高温电解质材料。

45钢表面大气等离子喷涂氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层及其性能

为了制备高性能热障涂层,缩短国内外差距,在45钢表面大气等离子喷涂氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)热障涂层。利用X射线衍射和扫描电镜分析YSZ涂层的相结构和微观形貌,分别测定了YSZ涂层的孔隙率、热导率、显微硬度、结合强度及隔热性能。结果表明:YSZ涂层的孔隙率、隔热温差随喷涂电压增大而减小,随喷涂距离的增加而增大;维氏硬度、结合强度和热导率随喷涂电压增大而增大,随喷涂距离增加而减小;当喷涂电压为80 V,喷涂距离为100 mm时,YSZ热障涂层的结合强度为36.78 MPa,热导率为0.705 W/(m·K),具有较好的隔热性能。

相转化法制备氧化钇稳定氧化锆中空纤维陶瓷膜

选用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、聚砜(PSF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)配制铸膜液,采用相转化和烧结相结合的方法制备了YSZ中空纤维陶瓷膜,考察了铸膜液中YSZ粉末含量和烧结温度对中空纤维陶瓷膜的微观结构和性能的影响。结果表明,YSZ中空纤维陶瓷膜的不对称结构包含指状结构和海绵状结构,YSZ含量会影响两种结构的比例,烧结则会引起微观结构的致密度。在铸膜液配比为m(YSZ)∶m(PSF)∶m(NMP)=5.0∶1∶4,烧结温度为1200℃条件下制备出性能良好的中空纤维陶瓷膜,其纯水通量为2.33 m^3/(m^2·h·MPa),抗弯强度为134.5 MPa。

氧化钇部分稳定氧化锆陶瓷涂层的高温耐久性辨析

氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)作为热障涂层材料广泛应用于复杂高温工况,其优异的高温耐久性主要由不可相变介稳四方相(t′)所贡献。然而,目前对t′相可靠服役温度上限的界定较为模糊,主流观点仍停留在1200℃左右。基于此,采用大气等离子体喷涂(APS)工艺制备YSZ陶瓷涂层,经不同时效热处理,针对涂层微结构、相组成、烧结收缩和断裂韧性等变化进行分析研究。结果表明,经24 h@1400℃热处理附加7年室温存放后,陶瓷层未见单斜相;300 h@1400℃和300 h@1600℃热处理涂层中单斜相体积分数分别为3.55%和35.41%,且均未碎裂。300 h@1600℃涂层烧结线性收缩率为0.4%。高温时效热处理同时伴随晶粒生长和孔隙愈合,涂层抗折强度和断裂韧性随之增加,因而认为APS YSZ涂层可在1400℃下长时间(~300 h)服役。

医用氧化钇稳定氧化锆陶瓷的制备及成型工艺

氧化钇稳定氧化锆陶瓷(Y-TZP)与其他稳定类型的氧化锆陶瓷相比,具有烧结温度低、高硬度、断裂韧性和抗弯强度以及良好的生物相容性等优点,因此成为目前最理想的齿科修复材料之一。但是氧化钇稳定氧化锆陶瓷的高硬度、高强度也给牙科修复材料的制造工艺带来了一定的困难。总结了氧化钇稳定的氧化锆陶瓷的制备方法和成型工艺,指出了不同制备方法和成型工艺的优点和不足,并对医用氧化锆陶瓷未来的发展趋势提出了展望。

等离子喷涂氧化钇稳定氧化锆涂层的分形特征与断裂韧性

采用超音速等离子喷涂和普通大气等离子喷涂制备了微米级氧化钇稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia,YSZ)基热障涂层,使用SprayWatch-2i系统测试喷涂过程中粒子飞行速度及表面温度,通过扫描电镜和图像分析技术表征涂层微观结构,利用压痕法测试了断裂韧性和弹性模量,采用基于分形思想的面积-周长幂率定量表征两种工艺条件下孔隙不规则形态,并研究了分形维数对涂层断裂韧性的影响。结果表明:超音速等离子喷涂和普通大气等离子喷涂YSZ涂层孔隙都具有分形特性;超音速等离子喷涂YSZ涂层分形维数是普通等离子喷涂涂层的1.12倍,孔隙结构更复杂,涂层断裂韧性更高。

等离子喷涂制备疏水氧化钇稳定氧化锆涂层及其抗垢耐蚀性研究

针对水环真空泵叶轮叶片、壳体等关键部件的结垢与腐蚀问题,采用等离子喷涂工艺和硬脂酸表面修饰的方法在Q235B基体表面制备疏水的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层。采用扫描电子显微镜、能谱仪、万能拉伸试验机、接触角测量仪等仪器和结垢试验、电化学试验等方法对涂层的微观结构及性能进行表征。结果表明,YSZ涂层表面具有“乳突”状的微纳结构,组织结构较为致密。NiCrMoFe粘结层的添加使涂层的结合强度提高了31%。硬脂酸修饰后涂层表面的平均水接触角达到141.8°,在过饱和碳酸钙溶液中浸泡后的结垢少,在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流密度与基体相比降低了94%,表现出良好的抗垢耐蚀性能。

氧化锆增强铝基复合材料的制备及性能研究

铝合金由于其强度高、质量轻、价格低等多重优势,在汽车制造、航空航天、水下装备等各个领域都极具应用前景。利用机械搅拌铸造方法制备了不同质量分数纳米氧化钇稳定氧化锆(yttrium oxide stabilized zirconia,YSZ)的Al-YSZ复合材料,研究纳米YSZ质量分数对铝基复合材料组织和性能的影响。研究结果表明,添加的纳米YSZ均匀分布在Al基体中,不与Al基体发生反应。同时能够作为异质形核剂细化晶粒,并通过Orowan强化机制提升复合材料的力学性能。添加质量分数为8%的纳米YSZ的复合材料具有较好的强度和塑性。同时,在受到外力作用时,纳米YSZ会发生从四方到单斜的相变,并产生一定的体积膨胀,在吸收能量的同时改善了复合材料内部的晶格畸变,从而提高了铸态复合材料的塑性。

氧化钇稳定氧化锆涂层的研究现状

由于氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷材料在作为热障涂层的使用过程中存在因抗烧结性能差、应力裂纹、涂层脱落等导致涂层失效的问题,本文主要从热障涂层的制备工艺,抗烧结性能、控制TGO的生长、抗CMAS腐蚀及YSZ面层应变容限等方面的改善方法进行论述,通过提高涂层纯度、改变粘接层及涂层成分、涂层结构及制备柱状结构YSZ陶瓷面层释放热失配应力等可有效改善涂层在使用过程中的失效问题。