【摘要】：本文針對傳統(tǒng)無壓燒結(jié)氧化鋯陶瓷的燒結(jié)動力小，致密度低、顯微結(jié)構(gòu)不均勻以及生產(chǎn)周期長等問題，主要研究了：SPS燒結(jié)氧化鋯陶瓷斷裂韌性的表征方法；采用正交試驗優(yōu)化SPS燒結(jié)氧化鋯陶瓷的工藝，研究氧化鋁的含量對氧化鋯陶瓷組織和性能的影響；分析對比SPS燒結(jié)氧化鋯陶瓷、氧化鋁/氧化鋯復(fù)合陶瓷以及傳統(tǒng)無壓燒結(jié)氧化鋯陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)和性能；主要結(jié)論如下： 1、壓痕裂紋系統(tǒng)的類型與壓痕載荷有關(guān)，放電等離子燒結(jié)氧化鋯陶瓷在壓痕壓制載荷為10kg，保壓時間為15s的條件下所得到的裂紋系統(tǒng)均為巴氏裂紋。Marshall公式所測的斷裂韌性值偏大；Niihara公式和Shetty公式的值比較穩(wěn)定，但未考慮致密度的影響；所以對于SPS燒結(jié)氧化鋯陶瓷的巴氏裂紋系統(tǒng)，本文壓痕法所選的公式為Laugier公式，即：KIc0.015(d/l)1/2(E/H)2/3(P/c3/2)。 2、采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備氧化鋯陶瓷的過程中，影響其性能的主要因素是燒結(jié)溫度，其次是燒結(jié)時間；最佳的SPS工藝參數(shù)是1400℃×5min×15MPa。經(jīng)最佳工藝燒結(jié)后的氧化鋯陶瓷的組織為均一的四方相氧化鋯，致密度為96%、顯微硬度1332HV、斷裂韌性為5.18MPa·m0.5。氧化鋯陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)和性能與其所選用的燒結(jié)方法密切相關(guān)，無壓燒結(jié)氧化鋯陶瓷的致密度為91%，顯微硬度為1217HV，斷裂韌性為7.57MPa·m0.5，與SPS試樣相比，無壓燒結(jié)氧化鋯陶瓷內(nèi)部存在較多的氣孔，使其致密度和硬度低于SPS試樣，而其斷裂韌性高于SPS試樣。 3、隨著氧化鋁含量的增加，氧化鋁/氧化鋯復(fù)合陶瓷的硬度升高、密度和斷裂韌性先升后降，在15%時達(dá)到峰值。當(dāng)氧化鋁含量達(dá)到20%時，復(fù)合陶瓷中的氧化鋁晶粒會異常長大，斷裂韌性急劇下降。15%Al2O3/ZrO2復(fù)合陶瓷的組織為t相氧化鋯基體中均勻分布著α相氧化鋁，其致密度為97.3%、顯微硬度為1433HV、斷裂韌性為4.710MPa·m0.5。 4、在室溫干摩擦條件下，氮化硅磨球與SPS燒結(jié)的氧化鋯陶瓷、氧化鋁/氧化鋯復(fù)合陶瓷和傳統(tǒng)燒結(jié)的氧化鋯陶瓷的摩擦系數(shù)分別為0.71、0.65和0.72，其磨損機理均為磨粒磨損；但是SPS燒結(jié)氧化鋯陶瓷的磨屑大且多，SPS燒結(jié)氧化鋁/氧化鋯復(fù)合陶瓷的磨屑小而少，，傳統(tǒng)無壓燒結(jié)的氧化鋯陶瓷介于兩者之間。SPS燒結(jié)氧化鋯陶瓷、氧化鋁/氧化鋯復(fù)合陶瓷和傳統(tǒng)無壓燒結(jié)氧化鋯陶瓷的磨損率分別為：1.15×10-3mm3/(m·N),4.85×10-5mm3/(m·N)和6×10-4mm3/(m·N)。
[Abstract]:Aiming at the problems of low sintering power, low density, uneven microstructure and long production cycle of traditional pressureless sintered zirconia ceramics, this paper mainly studied the characterization method of fracture toughness of SPS sintered zirconia ceramics; The SPS sintering process of zirconia ceramics was optimized by orthogonal test, and the effect of alumina content on the microstructure and properties of Zirconia ceramics was studied. The microstructure and properties of SPS sintered zirconia ceramics, alumina / zirconia composite ceramics and traditional pressureless sintered zirconia ceramics were analyzed and compared. The main conclusions are as follows: 1. The type of indentation crack system is related to indentation load. When the pressure holding time is 15 s, the crack systems obtained are all pasteurian cracks. The fracture toughness measured by Marshall formula is larger. The values of Niihara formula and Shetty formula are stable, but the effect of density is not considered. So for the SPS sintered zirconia ceramics, the formula chosen by indentation method is Laugier formula, that is, KIc0.015 (d / l) 1 / 2 (E / H) 2 / 3 (P/c3/2). 2. In the process of preparing zirconia ceramics by spark plasma sintering, the main factors affecting its properties are sintering temperature, followed by sintering time, and the best SPS process parameter is 1400 鈩

本文編號：2358051