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納米氧化鋯的含量對納米氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷力學性能和顯微結構的影響

 納米氧化鋯的含量對納米氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷力學性能和顯微結構的影響

 

將納米氧化鋯、氧化鋁、復合添加劑等粉料與一定比例的醇一水混合后,球磨制備漿液,采用離心滲透注漿法成坯,在l 450℃下燒結8 h。燒結體打磨拋光后,測試其物理性能和力學性能。通過掃描電鏡觀察燒結體表面和斷面的微觀

結構。

當納米氧化鋯含量為20%時,其力學性能高于10%及30%組,三點抗彎曲強度為(433±19)MPa,斷裂韌性達(7.50±0.56)MPa·m。顯微結構觀察到內晶一晶界復合型結構、晶間及穿晶斷裂。內晶一晶界復合型結構具有增韌效果,可提高陶瓷的強度和韌性。納米氧化鋯含量為20%時,具有較好的增韌效果,適合口腔修復材料。

 

材料

釔穩定納米氧化鋯,超細氧化鋁,粒徑0.3um,復合添加劑MgO、Si02、La203、TiO2。

方法:Zr02,A1203質量比配方分別為19,28,37;復合添加劑以7%加入,按比例配制后,置于聚酯球磨罐內,球磨機180 rmin球磨12 h,獲得

均質漿液。置于真空干燥箱中,抽真空至009 MPa,保持5 min。取出后,澆注在內腔為8 mm×6 mm×60 mm的石膏模具中,1 500 r/min離心15 min,脫模成型。素坯在40℃恒溫干燥箱內干燥24 h后,置于高溫硅鉬燒結爐內常壓、空氣中燒結,升溫速度為8℃/min,1 450℃保溫8h,隨爐自然冷卻,備用。

 

表面形貌: 20%氧化鋯組中淺色的氧化鋯晶體彌散在較大的氧化鋁晶體內和晶界處,形成內晶和晶界復合型結構。10%氧化鋯組中只見少量的氧化鋯分布在氧化鋁中,晶體之

間似玻璃態物質連接,結構較為疏松,并有較大的氣孔。30%氧化鋯組中多個氧化鋯晶粒聚集,堆積在氧化鋁晶體之間,氧化鋁晶體較10%和20%氧化鋯組小。

 

斷面特征20%氧化鋯組斷面觀察見晶體從斷裂面拔出時形成的韌性拔出窩及大量氧化鋁的穿晶斷裂面,其晶面的凹坑為內晶的氧化鋯剝離所致。10%和30%氧化鋯組的斷裂面見大量的沿晶斷裂。

 

彎曲強度

影響材料彎曲強度的因素主要有二相在基體中的分布、各相熱膨脹系數和彈性模量的匹配、氣孔率、晶粒大小、界面等,其中,二相在基體中的比例分布對彎曲強度具有較大的影響。在燒結過程中氧化鋁晶粒融合迅速長大,一方面吞噬細小的氧化鋯晶粒,另一方面推移氧化鋯晶粒移向多晶粒的空隙處,這樣便形成內晶和晶界復合型結構。

氧化鋯含量為20%時,氧化鋯均勻彌散在氧化鋁基體內,晶內型的氧化鋯顆粒(小于1um)呈球形,而晶界的氧化鋯顆粒(大于1um)呈卵圓形。氧化鋯含

量為10%時,少量氧化鋯彌散在氧化鋁基體內。氧化鋯含量為30%時,晶界處多個氧化鋯顆粒聚集成團。降低了材料的彎曲強度。

 

四方相氧化鋯在氧化鋁基體中的相變增韌、顆粒增韌形成復合增韌機制。

納米氧化鋯的引入形成納米材料特殊的結構,產生納米顆粒增韌效果。當氧化鋯含量為20

時,發現存在著大量內晶和晶界復合型結構,內晶型結構與晶界型結構共存,這兩種結構共同作用產生了穿晶斷裂和多重界面兩個效應,通常具有韌化效果。從斷面看,

斷面見韌性拔出窩,晶間斷裂和晶內斷裂共存。穿晶斷裂需破壞晶內共價鍵,消耗大量能量,從而提高了材料的韌性。

 

宣城晶瑞新材料有限公司專業生產納米氧化鋯,粒徑在30-100納米的范圍。

 

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