【摘要】：氧化鋯具有耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗氧化和強(qiáng)度高等優(yōu)異性能,常作為熱障涂層用于飛行器表面。若以其為基體采用適當(dāng)?shù)墓に囍苽涑黾婢吒邚?qiáng)度及低熱導(dǎo)率的多孔陶瓷材料,以期作為一種既可承載又隔熱的熱防護(hù)材料,對于促進(jìn)氧化鋯在飛行器防/隔熱部位的應(yīng)用具有重要意義。本文以8 mol%Y2O3穩(wěn)定的ZrO2為原料,采用泡沫注凝法和常壓燒結(jié)工藝制備了氧化鋯多孔陶瓷,通過調(diào)整固相含量、燒結(jié)溫度、發(fā)泡劑濃度及攪拌器形狀,所得試樣的總氣孔率為65.6～79.1%,體積密度為1.24～1.92 g/cm3,抗壓強(qiáng)度為4.4～30.2 MPa,室溫?zé)釋?dǎo)率為0.12～0.43 W/(m·K)。結(jié)果表明:隨著燒結(jié)溫度由1450 ℃增加至1600 ℃,試樣的氣孔率略有降低,顆粒間聯(lián)結(jié)的致密程度增加,試樣的體積密度和抗壓強(qiáng)度增大,燒結(jié)溫度的變化對中位孔徑尺寸影響較小,試樣的閉氣孔率有減小趨勢,其室溫?zé)釋?dǎo)率呈增大趨勢,壁的厚度增加,體積密度、抗壓強(qiáng)度和室溫?zé)釋?dǎo)率逐漸增大,同時中位孔徑尺寸整體呈現(xiàn)減小的趨勢。綜合分析確定最佳燒結(jié)溫度為1550 ℃,此溫度下試樣的總氣孔率、抗壓強(qiáng)度和熱導(dǎo)率分別為68.3%、21.7 MPa和0.35 W/(m·K);隨著固相含量由15 vol.%增加至30 vol.%,制備試樣的氣孔率降低、孔壁的厚度增加,體積密度、抗壓強(qiáng)度和室溫?zé)釋?dǎo)率逐漸增大,同時中位孔徑尺寸整體呈現(xiàn)減小的趨勢,綜合分析最佳固相含量確定為30 vol.%;隨著發(fā)泡劑濃度由0.3 g/L增加至16 g/L時,氣孔率明顯增大,體積密度減小,抗壓強(qiáng)度先增大后減小,室溫?zé)釋?dǎo)率整體呈現(xiàn)下降趨勢,中位孔徑尺寸受發(fā)泡劑濃度的影響較明顯。綜合分析,最佳發(fā)泡劑濃度確定為2 g/L,此時試樣的總氣孔率、抗壓強(qiáng)度和熱導(dǎo)率分別為77.9%、11.5 MPa和0.17 W/(m·K);攪拌器形狀在宏觀上會直接引起發(fā)泡體積的不同,微觀上對氣孔尺寸、孔壁厚度及晶粒的大小均有影響,從而對性能有顯著的影響。綜合所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,根據(jù)理論模型初步探究了試樣的熱學(xué)與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)規(guī)律,得到了采用泡沫注凝法制備的氧化鋯多孔陶瓷的熱導(dǎo)率、抗壓強(qiáng)度與總氣孔率(P在65～80%的范圍內(nèi))的關(guān)系式,為Ke=12.6(1-P)/5.7+9.3P和σ = 322×(1-p)2.34。采用此關(guān)系式可先實(shí)現(xiàn)對采用泡沫注凝法和常壓燒結(jié)工藝制備氧化鋯多孔陶瓷的熱學(xué)和力學(xué)性能的預(yù)測和設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.1
【圖文】：

１０邐２０邐３０邐４０邐５０邐６０邐７０邐８０逡逑２０邋（°）逡逑圖２．１氧化鋯原料粉的Ｘ射線衍射分析圖逡逑Ｆｉｇ．２．１邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋Ｚｒ0２邋ｒａｗ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｐｏｗｄｅｒｓ逡逑

催化劑為Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－四甲基乙二胺（ＴＥＭＥＤ），引發(fā)劑為過硫酸銨（ＡＰＳ）。逡逑２．３氧化鋯多孔陶瓷的制備逡逑氧化鋯多孔陶瓷制備的具體工藝流程如圖２．２所示，其制備過程可分為坯體成逡逑型、干燥與燒結(jié)兩部分。逡逑［去離子水］［有機(jī)單體和交聯(lián)劑邋］［分散劑、逡逑１邐Ｉ逡逑ｍｉｍ邋１邐ｆ原料粉體＇逡逑ｖ邐邐ｙ邐ｖ邐Ｊ逡逑１邋１逡逑球磨）邐邐逡逑機(jī)械攪拌邐邐ｒ一＾；邐（發(fā)泡劑＾逡逑／邐（邐Ｔ＊邐邐［穩(wěn)泡劑逡逑廣泡＾邐Ｖ邐邐）邐ｆ催化劑１逡逑＾邐ｔ￣［引發(fā)劑逡逑＞１＾邐注模邐邐逡逑襲？沷邐、邐邋？逡逑［邋固化：逡逑ｋ模、干燥］逡逑邐＼邋［邐逡逑［邋燒結(jié)：逡逑圖２．２氧化鋯多孔陶瓷制備工藝流程圖逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｆｏｒ邋ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｚｒ0２邋ｐｏｒｏｕｓ邋ｃｅｒａｍｉｃｓ逡逑９逡逑

干燥程序：微波工作８邋ｓ后靜置６００邋ｓ，循環(huán)重復(fù)上述程序，干燥總時長為３０００邋ｍｉｎ。逡逑干燥結(jié)束后的試樣在箱式電阻爐（ＧＧＭＥ－１２／８０，上海國龍儀器儀表廠）中進(jìn)逡逑行燒結(jié)。具體燒結(jié)制度如圖２．３所示（以燒結(jié)溫度１５５０邋°Ｃ為例），升溫降溫速度逡逑均不高于２邋°Ｃ／ｍｉｎ，在最高溫下保溫５邋ｈ后緩慢降溫，當(dāng)溫度達(dá)３００邋°Ｃ時隨爐冷逡逑卻。逡逑１０逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2768571