纳米氧化锆的含量对纳米氧化锆增韧氧化铝陶瓷力学性能和显微结构的影响

目的探讨纳米氧化锆的含量对纳米氧化锆增韧氧化铝陶瓷力学性能和显微结构的影响。方法将纳米氧化锆、氧化铝、复合添加剂等粉料与一定比例的醇—水混合后,球磨制备浆液,采用离心渗透注浆法成坯,在1450℃下烧结8h。烧结体打磨抛光后,测试其物理性能和力学性能。通过扫描电镜观察烧结体表面和断面的微观结构。结果不同实验组的三点抗弯曲强度、维氏硬度的差异均有统计学意义(P<0.01);20%氧化锆组的断裂韧性与另外两组差异有统计学意义(P<0.05),10%氧化锆组和30%氧化锆组间的断裂韧性差异没有统计学意义(P<0.05)。当纳米氧化锆含量为20%时,其力学性能显著高于10%及30%组,三点抗弯曲强度为(433±19)MPa,断裂韧性达(7.50±0.56)MPa·m1/2。显微结构观察到内晶—晶界复合型结构、晶间及穿晶断裂。结论内晶—晶界复合型结构具有强烈的增韧效果,可提高陶瓷的强度和韧性。纳米氧化锆含量为20%时,具有较好的增韧效果,适合口腔修复材料。

铁包覆氧化锆增韧氧化铝颗粒增强高铬铸铁复合材料的冲击性能

采用铸渗工艺制备了铁包覆和无铁包覆氧化锆增韧氧化铝颗粒(ZTAp)增强高铬铸铁复合材料,对比研究了不同复合材料的微观形貌、微区成分和冲击性能。结果表明:无铁包覆ZTAp增强高铬铸铁复合材料中ZTAp与高铬铸铁间存在界面间隙,在制样中ZTAp发生脱落;铁包覆ZTAp增强高铬铸铁复合材料中的ZTAp嵌在高铬铸铁中,界面处无空洞、脱黏和分层等明显缺陷,且形成连续的厚度在15~30μm的界面层,可以提升界面结合性能;铁包覆ZTAp增强高铬铸铁复合材料的冲击韧度(2.1 J·cm^(-2))提升至无铁包覆时(0.5 J·cm^(-2))的4.2倍,失效方式由拔出失效转变为颗粒断裂失效,基体区断裂机制为准解理性断裂,界面层局部存在韧窝、撕裂棱等断裂特征。

氧化锆-堇青石复相涂层对氧化铝基体影响的研究

在陶瓷材料表面引入压应力涂层已经被证明可以提高其强度和韧性。用高纯堇青石粉和氧化锆细粉制备了堇青石-氧化锆复相涂层浆料,将加工好的氧化铝样条浸润于浆料中,经过无压烧结制备出复相涂层增强的氧化铝材料。研究了不同氧化锆添加量(质量分数)的涂层对基体的整体性能的影响,结果表明,当复相涂层含质量分数为10%的氧化锆时其表面残余压应力为最大值1.34 GPa,相应地其弯曲强度也为最大值376.55 MPa,相比于未镀层的基体试样其弯曲强度增长了64.6%。此外,对试样还进行了高温弹性模量的试验,并分析了其弹性模量随温度变化的具体原因。镀层试样还进行了导热系数的试验,发现随着低热导率材料的加入,镀层试样的热导率也随之下降。最后由于表面残余压应力的存在,镀层试样相较于基体材料展现出了较好的抗热震性能,在900℃前,镀层试样水淬后的剩余强度均大于未镀层试样。

氧化铝粒径和氧化锆粉外加量对氧化铝造粒粉性能的影响

为了提高氧化锆增韧氧化铝(ZTA)造粒粉的烧结性能,以不同粒径(d_(50)=1.72μm,d_(50)=3.48μm,d_(50)=13 nm)的Al_(2)O_(3)粉和氧化钇稳定氧化锆粉(YSZ)为主要原料,并加入黏结剂和分散剂,混合球磨得到ZTA浆料。研究了不同YSZ外加量(外加质量分数分别为0、5%、10%、15%和20%)对浆料流变性能的影响。并采用喷雾干燥法制备了ZTA造粒粉。造粒粉经压样成型后分别在1520、1600和1680℃保温2 h烧成,并测试其线收缩率和致密度。结果表明:1)ZTA浆料呈现剪切变稀的特性,并且具有一定的屈服应力,浆料的流变性能符合Herschel-Bulkley模型,拟合的相关系数较高,>0.98;2)所制备的ZTA造粒粉的粒度分布范围主要在125~45μm,粒度分布较广;3)以99%(w)活性Al_(2)O_(3)粉(d_(50)=1.72μm)为主要原料,加入1%(w)纳米Al_(2)O_(3)(d_(50)=13 nm)、外加15%(w)YSZ时,所制备造粒粉性能较好,其对应的卡尔系数为8.62%,含水率为0.22%,休止角为25.2°,经1600℃保温2 h烧后,其致密度为94.8%,线收缩率为18.2%。

氧化锆增韧氧化铝陶瓷的研究进展

氧化铝陶瓷为当前应用最广泛的一类陶瓷材料,但是其具有脆性较大、断裂韧性较差的特点,所以适用范围受到限制。为了提升氧化铝陶瓷的力学性能,从而增强其应用效果,可以在其中应用相变增韧的方式,氧化锆增韧氧化铝陶瓷的方式也就受到了越来越多的关注。本文中,主要针对氧化锆增韧氧化铝陶瓷的概念和基本增韧机理进行阐述,明确ZTA增韧的作用,之后提出合理的ZTA陶瓷粉体制备方法,以供参考。

纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的研究

利用纳米氧化锆的相变增韧和纳米颗粒的增韧作用,提高了氧化铝基体的综合力学性能。在氧化铝基体中添加不同含量的纳米3Y-ZrO2,纳米ZrO2含量为15wt%的A15Z材料综合力学性能达到最好(抗弯强度766.74MPa、断裂韧度6.13MPa·m1/2、维氏硬度18.32GPa),表明添加纳米氧化锆的复合刀具材料的力学性能远远超过单相氧化铝材料。

牙用亚微米氧化锆增韧氧化铝陶瓷的摩擦磨损性能研究

考察了亚微米氧化锆增韧氧化铝陶瓷(Z2S)在人工唾液润滑下的摩擦磨损行为,并与目前口腔临床常用烤瓷材料V ita陶瓷和Dentsp ly陶瓷进行对比.结果表明:与S i3N4陶瓷配副时,Z2S的摩擦磨损性能优于V ita陶瓷和Dentsp ly陶瓷,其磨损率比V ita陶瓷和Dentsp ly陶瓷的磨损率低2个数量级,Z2S的主要磨损机制为轻微的磨粒磨损和塑性变形,并受ZrO2的摩擦诱导相变影响;与天然牙釉质配副时,Z2S不仅自身磨损低而且对天然牙釉质的磨损较小,天然牙釉质的磨损表面保持了较好的初始形态,其与天然牙釉质的配对性优于Dentsp ly陶瓷与天然牙釉质的配对性,是1种具有潜在应用前景的牙科修复材料.

氧化锆增韧氧化铝陶瓷悬浮体的流变性能

通过ζ电位、流变特性等测试,研究了分散剂添加量、固相体积分数、粉体组成及研磨时间对氧化锆增韧氧化铝(zirconia toughened alumina,ZTA)陶瓷悬浮体流变性能的影响。实验发现:在0～200s-1的剪切区,不同条件下测得的流变曲线均可用Casson模型进行拟合,拟 合出的Casson屈服应力τc可较好地反映悬浮体的稳定性。实验结果表明:当pH值在9.0左右,分散剂添加质量分数(下同)为0.90%时, ZTA(20%ZrO2)悬浮体的τc值较低,悬浮体的τc值随固相体积分数和ZrO2含量增加而增加,当ZrO2含量较高时,适当调整分散剂添加量,仍 可制备稳定性较好的悬浮体。在所实验条件下,研磨4h的悬浮体的τc值最低。

浆料的固相含量对注凝成型氧化锆增韧氧化铝陶瓷的影响

研究了浆料的固相体积分数对注凝成型氧化锆增韧氧化铝(zirconia toughenedalumina,ZTA)生坯和烧结样品物理力学性能的影响。实验所用Al2O3和ZrO2的质量比为80∶20。用压汞法分析了生坯的孔结构,结果表明:高固相体积分数浆料制备的生坯孔结构呈双峰分布。SEM和XRD研究显示了高固相体积分数浆料制备的烧结体具有结构致密、ZrO2分布均匀和tZrO2含量高等特点。采用55%固相体积分数的桨料制备的坯体,经1600℃烧结2h后,ZTA样品的抗弯强度和断裂韧性分别达631.5MPa和7.64MPa·m1/2。

MF/纳米ZrO_2增韧氧化铝陶瓷复合材料的力学性能

选用莫来石纤维(MF)和纳米ZrO2为增强体制备了MZTA复合增韧氧化铝陶瓷复合材料。通过设计正交试验讨论了MF含量、nano-ZrO2含量、烧结温度、保温时间等因素对材料力学性能的影响,利用扫描电镜、能谱分析仪研究了陶瓷复合材料的微观结构与性能的关系。结果表明:当莫来石纤维和纳米ZrO2的质量分数分别为10%,烧结温度为1550℃,保温时间为30 min,陶瓷复合材料的抗弯强度、断裂韧性分别达到712 MPa、10.05 MPa.m1/2,与纯Al2O3陶瓷相比晶粒细化、力学性能显著提高;纤维的拔出、桥联、裂纹扩展路径偏转、沿晶断裂等消耗了大量的断裂能、缓和了裂纹尖端的应力是材料断裂韧性提高的主要原因。

碳化硅、氧化锆增韧氧化铝复相陶瓷的研究

在纳米氧铝粉中加入碳化硅晶须和纳米氧化铝粉，通过烧结得到细晶的氧化铝基复相陶瓷，达到了提高氧化铝陶瓷断裂韧性的目的．研究了Ｎａｎｏ－Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＣ（ｗ）、ＺｒＯ２复相陶瓷的烧结温度、晶粒尺寸、ＳｉＣ（ｗ）含量等对细晶Ａｌ２Ｏ３基复相陶瓷材料断裂韧性的影响．采用纳米Ａｌ２Ｏ３粉，可使烧结温度大幅度下降，在１６００℃即可得到致密的细晶陶瓷材料．ＳｉＣ（ｗ）质量分数ｗ为１８％时可以得到较高的断裂韧性值，ＫＩＣ＝６．９６ＭＰａ·ｍ１／２．晶须增韧的机理仍然是晶须的拔出和断裂．加入ＺｒＯ２后，利用ＺｒＯ２的相变增韧的效果，可以使Ａｌ２Ｏ３基陶瓷材料的断裂韧性进一步提高．

MgO和TiO_2烧结助剂对凝胶注模成型氧化锆增韧氧化铝陶瓷性能的影响

目的探讨加入氧化锆增韧氧化铝(ZTA)基体粉体质量分数5%的烧结助剂对凝胶注模成型工艺制备牙科ZTA纳米复合陶瓷烧结性能和力学性能的影响。方法将微米氧化铝和纳米氧化锆按质量比4∶1配置体积分数为55%的浆料,同时加入基体粉体质量分数5%的烧结助剂MgO、TiO2,按二者比例的不同分0、1、2、3、4号组。各组凝胶注模成型后,分别在1150、1200、1300、1400、1450、1500、1600℃下保温2h,冷却后取出抛光,测其三点抗弯强度、线收缩率、相对密度,扫描电镜观察其断面形态。结果添加1%MgO和4%TiO2烧结助剂组(1号组)具有最高的抗弯强度,1600℃保温2h后达(401.78±19.50)MPa,高于0号组(380.64±44.50)MPa。MgO含量为基体粉体质量分数2%及以上时,对烧结致密后陶瓷的抗弯强度起降低作用,均比0号组低。MgO含量高于2%及以上,含烧结助剂各组相对密度升高的速率没有明显的区别。烧结温度高于1200℃后各组均出现明显的收缩,且含烧结助剂组均高于0号组。结论含1%MgO和4%TiO2烧结助剂的ZTA纳米复合陶瓷具有最佳的力学性能。MgO含量为基体粉体质量分数2%及以上时,对ZTA纳米复合陶瓷相对密度速率的提高没有明显的作用,且对ZTA纳米复合陶瓷的力学性能起降低作用。

氧化锆增韧的氧化铝纳米粉体制备及性能研究

以自制的异丙醇铝、异丙醇锆为原料 ,采用Sol Gel方法制备了氧化锆增韧的氧化铝纳米复合粉体 (ZTA)。通过DTA、X Ray及TEM等分析手段研究了粉体的性能与结构 ,研究结果表明 :ZTA体系的凝胶热分解行为受铝锆摩尔比的制约 ,Al∶Zr大于 2∶1时 ,其热分解行为与纯氢氧化铝的热分解行为相似 ;130 0℃煅烧后的ZTA系粉体中亚稳态的t ZrO2 含量亦与Al∶Zr有关 ,Al∶Zr愈高 ,t ZrO2 所占比重越大 ;ZTA粉体在热处理过程中经历了由无规网状→针状→球形→哑铃形结构的变化 ;纳米ZTA粉体的存在温度为 12 0 0℃左右 。

氧化铝—氧化锆纳米复合渗透陶瓷力学性能与微观结构的研究

目的 利用ZrO2 相变和微粉的纳米效应对氧化铝复合渗透陶瓷增强增韧 ,并对其化学组分、复合体的微观结构与复合体系力学特性的相互关系进行探讨。方法 制备氧化铝—氧化锆纳米复合渗透陶瓷 ,测试其抗弯强度和断裂韧性 ;采用X射线衍射分析测定其晶相组成 ;扫描电镜观察其显微结构。结果 氧化铝—氧化锆纳米复合渗透陶瓷三点弯曲强度测试的平均值高达 (6 1 0 85± 37 0 7)MPa,单边切口梁法测定断裂韧性的平均值高达(6 5 1± 1 38)MPa·m1 2 ,复合陶瓷的主晶相为α_Al2 O3及TZP_ZrO2 。结论 氧化铝—氧化锆纳米复合渗透陶瓷是一种力学性能优良的新型渗透陶瓷材料 。

微波烧结氧化铝陶瓷的纳米增韧研究

高纯度氧化铝陶瓷具有极高的机械强度,在航空航天等国防尖端技术领域具有极好的应用前景.针对目前采用普通方法烧结的高纯度氧化铝陶瓷韧性较差的问题,利用圆柱形微波多模烧结腔进行了高纯度氧化铝陶瓷的纳米增韧研究.以氧化铝(质量分数99.9%)、氧化镁(质量分数0.05%)和氧化钇(质量分数0.05%)为基准原料配比,在其中添加不同比例的纳米氧化铝粉末,研究不同比例纳米氧化铝粉末对陶瓷性能的影响.结果表明,当纳米氧化铝粉末添加量达到30%时,高纯度氧化铝陶瓷试样的密度、维氏硬度和断裂韧性分别达到3.92g/cm3、23.2GPa和4.21Pa.m1/2;与未添加纳米氧化铝粉末烧结得到的陶瓷试样相比,密度降低0.5%,但其维氏硬度增加了2.2%,断裂韧性甚至增强了33.7%.

碳纳米管增韧氧化铝纳米复合陶瓷的研究现状

短纤维增韧作为改善陶瓷材料脆性的新方法开辟了一个新的研究领域,CNTs增韧Al2O3陶瓷作为短纤维增韧的探索性研究内容近年来得到了广泛关注。本文简述了CNTs增韧Al2O3纳米陶瓷的表征及力学性能测试方法,综述了CNTs/Al2O3复合陶瓷合成方法及性能的研究现状,简要分析了CNTs/Al2O3复合陶瓷的增韧机理及性能影响因素,并对其发展方向进行了展望。

纳米氧化锆弥散增强氧化铝陶瓷的实验研究

采用自制的ＺｒＯ２（３Ｙ—ＴＺＰ，７．６ｎｍ）纳米粉，分别按９，１２，１５，１８ｍｏｌ％弥散增强氧化铝陶瓷。对试样测试了抗弯强度及断裂韧性的变化规律，结果表明，抗弯强度在１５ｍｏｌ％ＺｒＯ２出现极值，而断裂韧性则趋于饱和，这一现象是由纳米晶粒ｔ→ｍ相变过程中的量子效应引起的。

氧化锆增韧氧化铝陶瓷复合粉体的研究进展

综述了氧化锆 /氧化铝增韧复合陶瓷的增韧机制。

基体烧结温度对氧化铝-氧化锆纳米复合渗透陶瓷力学性能的影响

目的研究不同基体烧结温度对氧化铝-氧化锆纳米复合渗透陶瓷力学性能的影响。方法采用不同的基体烧结温度制备氧化铝-氧化锆纳米复合渗透陶瓷,测试其抗弯强度和断裂韧性;扫描电镜观察其显微结构。结果基体烧结温度采用1 2501、3001、350℃所得复合渗透陶瓷的3点弯曲强度和断裂韧性测试结果差异无统计学意义。结论在不同基体烧结温度下,氧化铝-氧化锆纳米复合渗透陶瓷都表现出良好的力学性能。

韧性氧化铝-氧化锆纳米复合渗透陶瓷的制备

采用包裹共沉淀法制备了韧性氧化铝-氧化锆纳米复合渗透陶瓷(AlZrx),其中AlZr30的平均三点弯曲强度(σ3P)高达(621.30±40.15)MPa,平均断裂韧性(KIC)高达(6.72±1.45)MPa.m0.5。并讨论了w(ZrO2)对AlZrx力学性能和微观结构的影响。XRD确定AlZrx的主晶相为α-Al2O3,四方相ZrO2和单斜相ZrO2。