ZTA陶瓷光固化3D打印参数设计及性能增强研究

研究了光固化打印的曝光时间、打印层厚参数设置对成型陶瓷件形貌的影响,研究了SiCp和SiCw含量对ZTA陶瓷理化性能的增强效果。当曝光时间为3 s,打印层厚为4/6固化深度的时,制备出翘曲小,形状精度好的陶瓷件。当SiCp含量为5.2 vol%时,陶瓷件的抗压强度、断裂韧性、维氏硬度和分别为552±28 MPa、8.84±0.56MPa·m^(1/2)、19.06±0.35 GPa。当SiCw含量为10 vol%时,陶瓷件的抗压强度、断裂韧性、维氏硬度和分别为539±39 MPa、9.28±0.38 MPa·m^(1/2)、19.32±0.43 GPa。

口腔托槽用ZTA陶瓷材料凝胶注模成型工艺的研究

为了改善ZTA陶瓷在口腔临床上的应用,本文采用高分子聚合物作粘合剂,以羧甲基纤维素为骨架,制作了用于口腔托槽的ZTA陶瓷。结果表明:粉末硬度、添加羧甲基纤维素、丙烯酸、硫酸铵掺量对ZTA陶瓷的抗拉强度有明显的影响。试验结果显示,ZTA陶瓷材料的弯曲强度为222.3MPa,APS为0.8g,AA为7.5mL,Al 2O3为110g,ZrO 2为33g,其弯曲强度为222.3MPa,断裂韧性为8.67MPa.m1/2,相对致密度为0.977,抗剪强度为6.06—6.93MPa,符合临床要求。

ZTA陶瓷ZrO_2的韧化机制与断裂特征

选用无压烧结和热压烧结两种系列不同成分配比的ＺｒＯ＿２韧化Ａｌ＿２Ｏ＿３（ＺＴＡ）陶瓷，在较宽的力学性能范围内研究７ｒＯ２的韧化机制对材料强度、韧性的贡献及其与断裂特征之间的关系。压痕裂纹揭示出ＺｒＯ＿２的不同韧化机制有不同的开裂特征：微裂纹韧化的材料，压痕裂纹弯曲行进，并且沿着ｍ－ＺｒＯ＿２颗粒与基体的交界面扩展；相变韧化的材料，压痕裂纹穿越ｔ－ＺｒＯ＿２颗粒。此特征能很好地解释：微裂纹韧化可以提高材料的断裂韧性，但有可能降低材料的断裂强度，相变韧化既可以提高材料的断裂韧性，又可以提高材料的断裂强度。

ZrO_2添加量对ZTA陶瓷力学性能及冲蚀磨损行为的影响

以α-Al2O3、ZrO(NO3)2.2H2O和氨水为原料,通过高温煅烧制备了ZTA复相陶瓷材料,研究了ZrO2添加量对ZTA陶瓷物相组成、表面微观形貌、力学性能以及常温固体粒子冲蚀磨损性能的影响。结果表明:随着ZrO2添加量增加,材料的力学性能逐渐提高,当ZrO2添加量为10 vol%时,ZTA复相陶瓷抗弯强度和断裂韧性分别达461MPa和5.77 MPa.m1/2,相对于纯Al2O3陶瓷提升量达21.3%和64.9%。ZTA复相陶瓷材料的体积冲蚀率随着ZrO2添加量的增加而降低,当ZrO2添加量小于4 vol%时,其体积磨损率急剧下降,随后趋于平稳;随后当ZrO2添加量为10 vol%时,其冲蚀率达最低,为0.015 mm3/g。其中,纯Al2O3陶瓷材料的冲蚀磨损机制主要为横向裂纹相互交错导致材料的剥落,添加ZrO2后,其冲蚀磨损机制以塑性变形为主。

影响ZTA陶瓷微波烧结的主要工艺过程

通过对ＺＴＡ陶瓷进行微波烧结试验，了解影响陶瓷微波烧结速率的主要工艺过程，探索有关微波烧结机理；采用以ＴＥ４４４为基准模式的微波谐振腔，在混合加热模式的基础上增设辅助加热体，实现了ＺＴＡ陶瓷微波烧结； ＺＴＡ材料中ＺｒＯ２含量越高，该材料的烧结速率越快；输入功率的提高有助于提高烧结速率；辅助加热体的老化现象降低微波烧结速率；微波烧结过程中应避免出现热剧变现象．

超声激励ZTA陶瓷压痕裂纹扩展特性试验研究

针对超声激励对ZTA陶瓷压痕裂纹的影响进行试验研究,从力学角度探究其延性域加工表征的相关机理。通过超声激励作用下的压痕试验及SEM显微观察,对比普通与超声压痕裂纹尖端扩展情况,提出超声激励改变裂纹尖端的几何形态,使得裂纹扩展偏转分叉,而扩展路径的复杂化使得断裂表面能增加,形成能量耗散的增韧机制。经压痕法测得普通情况下的断裂韧性值低于超声振动下的断裂韧性值,约为68%～85%。既印证了超声激励的增韧效果,也从力学理论角度解释了超声加工工程陶瓷材料延性域扩大这一现象。

AHPSO-SVM预测超声内圆磨削ZTA陶瓷的边界损伤

为解决普通加工方式易出现工程陶瓷边缘碎裂的问题,本文对超声内圆磨削工程陶瓷边界损伤预测系统进行了研究。在35 kHz轴向超声磨削与普通磨削两种条件下独立进行试验,运用支持向量机研究工艺参数与边界损伤影响规律,采用改进的粒子群算法优化支持向量机,建立采用混合核函数的AHPSO-SVM预测模型。研究结果表明,超声激励下试件边界损伤降幅为10.05%～21.23%,AHPSO-SVM预测模型MSE为0.378 4、平均相对误差为1.369 0%、30次适应度值标准差为0.020 2。相比于普通磨削,超声磨削可使ZTA陶瓷边界损伤值显著降低;建立的AHPSO-SVM模型具有较好的学习能力、泛化性能与良好的稳定性。

ZTA陶瓷托槽材料的研究

采用高纯Al2O3(99.7%)粉末和3mol%Y2O3稳定的ZrO2粉末,用机械混合法制备ZTA复合材料,将制得粉体进行热压铸成型,制备陶瓷正畸托槽。研究了不同含量的ZrO2(3mol%Y2O3)、以及添加剂对ZTA陶瓷的显微结构和弯曲强度的影响。研究表明,添加适量的ZrO2能有效提高Al2O3陶瓷的抗弯强度,可以达到580MPa以上。加入的MgO形成了MgAl2O4相,抑止基体晶粒的长大,提高了致密度。

SiC晶须的含量对ZTA陶瓷基复合材料抗热震性能的影响

采用国产 Si C晶须 ( Si CW)制备 Si CW ZTA陶瓷基复合材料 ,研究了 Si

复合添加剂中稀土氧化物对ZTA陶瓷力学性能的影响

利用复合烧结助剂，降低ＺＴＡ陶瓷烧结温度并保持优良力学性能，就不同稀土氧化物的影响进行研究，含Ｙ２Ｏ３添加剂生成富钇晶界相使材料的强度受到损害，含Ｌａ２Ｏ３或ＣｅＯ２的复合烧结助剂对强度有较大程度改善作用，在１４００～１４５０℃的低温烧结强度可超过５００ＭＰａ；断裂韧性也以添加Ｌａ２Ｏ３和ＣｅＯ２并在１４００℃低温烧结取得最好结果，达６．７ＭＰａ√ｍ。微观结构分析表明，含Ｌａ２Ｏ３和ＣｅＯ２氧化铝复相陶瓷断裂路径曲折，裂纹出现架桥、分叉，使断裂能提高。

ZTA陶瓷粉末压形规律的研究

本文采用微机对ZTA陶瓷粉末(含8wt%成型剂)的模压数据进行处理,其结果表明:该粉末的压形规律遵循于黄培云双对数方程和巴尔申方程;根据黄培云双对数方程计算出该粉末的压制性能参数,其硬化指数为0.042t/cm^2,压制过程非线性指数为6.558,它们表明了成型剂的掺加显著改善了陶瓷粉末的压制性能,同时为陶瓷粉末压制压力的选择提供了理论依据。

ZrO_2含量对ZTA陶瓷力学性能及电学性能的影响

通过凝胶注模法制备了ZTA陶瓷材料,研究了ZrO2添加量对ZTA陶瓷微观形貌、力学性能以及电学性能的影响。结果表明:随着ZrO2添加量增加,材料的力学性能先增加后降低,添加量为20%(体积比)时,ZTA陶瓷抗弯强度和断裂韧性达到最高值,分别为813MPa和5.29MPa·m1/2;ZrO2的添加能有效抑制氧化铝晶粒的长大;ZTA陶瓷的断裂模式以穿晶断裂为主;随着ZrO2添加量增加,材料的电阻率逐渐下降,应用渗流理论合理解释了电阻率下降的原因。

水汽中低温时效对ZTA陶瓷力学性能的影响

ZTA材料中稳定剂Y2 O3 设计为 3mol % ,使t ZrO2 处于稍稍过稳定状态 ,通过在潮湿低温环境中时效 ,调整t ZrO2 的稳定性 ,进而调整氧化锆相变增韧效果 .实验得出 ,经过长时间处理后 ,t ZrO2 的稳定性下降 ,但断裂韧性出现持续上升 .强度在短时间时效后出现大幅度上升 ,然后又回落到一个稳定值 ,此值仍大于未时效的强度值 .结果表明 ,ZTA材料经过长时间时效后仍具有较好的综合性能 。

ZTA陶瓷的高温摩擦磨损性能

研究了 4 0 0～ 80 0℃时 ,干摩擦条件下ZTA陶瓷销 /3Cr2W 8V钢盘的滑动摩擦磨损行为 测定了此摩擦副的摩擦系数和销的磨损因子 通过对销磨损面的SEM形貌观察、EP MA微区成分分析及X射线衍射相分析 ,讨论了ZTA陶瓷的磨损机理 试验结果表明 :ZTA陶瓷在 60 0℃时 ,以陶瓷晶粒的脱落和断裂为主要磨损机理 ,表现出比 4 0 0℃时有较大的磨损 ;80 0℃时由于钢盘已高温软化 ,而陶瓷销表面形成半透明无定形膜 ,有利于减少ZTA陶瓷的磨损 。

稀土氧化物CeO_2对ZTA陶瓷的结构及力学性能影响的研究

稀土氧化物ＣｅＯ２具有熔点高、稳定性好等特异的物理化学性能．其中Ｃｅ原于具有较高的化学活性，Ｃｅ（４＋）与ＺｒＯ２中的Ｚｒ（４＋）具有相近的离子半径和相同的化合价，与ＺｒＯ２的固溶范围大，因而是一种理想的相交增韧稳定剂．本文研究了ＣｅＯ２作为稳定剂对ＺＴＡ陶瓷材料的显微组织和力学性能，以及对相变增韧剂的相成份和结构的影响．结果表明，增韧剂中ＣｅＯ２含量越高、ＺｒＯ２高温相稳定性越好，ＣｅＯ２的摩尔含量在１０～１２％时ＺＴＡ陶瓷材料综合力学性能最优，其抗弯强度σ（ｂｂ）为６２０ＭＰａ，断裂韧性Ｋ可达到８．ＯＭＰａｍ；ＣｅＯ２含量的增加有利于ＺＴＡ陶瓷的致密化，但晶粒却有粗化趋势，在特定工艺条件下，ＣｅＯ２摩尔含量低于１０％时可获得晶粒不大于４μｍ的致密的ＺＴＡ陶瓷材料．

ZTA陶瓷刀具材料制造工艺的研究

本实验采用冷压法、热压法和热等静压法三种不同工艺制得ＺＴＡ陶瓷刀具材料并研究它们对刀具材料性能的影响。实验结果表明：采用加压烧结工艺（热压或热等静压）可增加ＺＴＡ材料内部易相变四方相氧化锆含量，同时提高材料的抗弯强度和断裂韧性，从而增强了材料的耐磨性。热等静压工艺可望得到更大的发展和应用。

微波烧结ZTA陶瓷的影响因素

通过改进混合加热模式,实现了ZTA陶瓷微波烧结。材料的类型及配比直接影响微波烧结的升温速率;输入功率的提高有助于提高烧结速率;辅助加热体的老化现象降低微波烧结速率;微波烧结过程中应避免出现热剧变现象。

稀土氧化物对ZTA陶瓷抗钢液腐蚀性能的影响

在氧化锆增韧氧化铝即ZTAzirconia-toughenedalumina陶瓷中引入Y2O3-CeO2复合稳定剂,研究其对ZTA陶瓷性能的影响。利用复合稳定剂的协同叠加效应,在加入量较低时,发现复合稳定剂能显著改善ZTA陶瓷对钢液的抗腐蚀性能。

高炉冶金矿渣特性及其在ZTA陶瓷烧结中的作用

高炉渣是由炼铁高炉产生的一种工业废渣,其中含有CaO、Al2O3、SiO2等硅酸盐成分和少量Fe2O3、TiO2、ZrO2等析晶形核剂。高炉渣在855℃热处理1 h,可形核析出1μm左右的Ca2Al2SiO7微晶,这表明高炉渣具有较高的析晶活性。向ZTA中添加质量分数为4%的高炉渣,1550℃烧结30 min,低温下ZTA陶瓷的力学性能明显提升,抗弯强度和断裂韧性分别为650 MPa和6.03 MPa·m^1/2,比相同温度下未添加高炉渣时分别提高了15%和14.2%,烧结温度降低了50℃以上。颗粒细化的高炉渣掺入ZTA陶瓷基体,烧结过程中高炉渣产生的液相促进了Al2O3棒晶的生长,受力过程中棒晶的拔出和裂纹的偏转有利于ZTA陶瓷力学性能的提升;高炉渣在高温下的析晶增强了ZTA陶瓷的晶界强度,进一步提高了材料的力学性能。

常压烧结与微波烧结ZTA陶瓷性能

选择Al2 O3 -ZrO2 系统 ,采用微波烧结及常压烧结两种工艺 ,分别对ZTA陶瓷的力学性能和摩擦性能进行了测试比较 ,简单分析了影响ZTA陶瓷摩擦性能的主要因素 ,微波烧结使陶瓷的烧结温度降低 ,致密度提高 ,摩擦因数增大 。