釔穩(wěn)定氧化鋯及氮化硅是先進結構陶瓷材料,氧化鋯的相變增韌特性和優(yōu)異的力學性能,使其被廣泛應用在齒科材料、人體骨骼、陶瓷刀具等方面,氮化硅陶瓷具有低密度、高強度、耐磨、耐腐蝕、抗熱震等性質而廣泛應用于切割工具、發(fā)動機部件及金屬成型模具等,但他們也具有陶瓷的固有脆性及燒結惰性,研究高致密度的陶瓷制備工藝及進一步增韌是陶瓷研究的重要任務。放電等離子燒結采用脈沖電流通電加熱加壓方式,具有升溫快、燒結溫度低、燒結時間短、密度高、降低晶粒長大等特點,有利于提高材料的強度及韌性,是陶瓷材料燒結的重要新技術。本工作在對商用釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷進行放電等離子燒結（SPS）工藝研究的基礎上對機械混合法及化學共沉淀法制備Al₂O₃/YSZ（3 mol%Y₂O₃）復合粉末進行放電等離子燒結研究;以Al₂O₃-YSZ、Al₂O₃-AlN-Yb₂O₃及Al₂O₃

【文章來源】：深圳大學廣東省

【文章頁數】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

氧化鋯三種晶體結構示意圖：(a)c-ZrO2；(b)t-ZrO2；(c)m-ZrO2藍色為氧原子，紅色為鋯原子

Al2O3/YSZ及Si3N4陶瓷的放電等離子燒結及力學性能的研究7Si3N4為強共價鍵化合物，以[SiN4]4-四面體為結構單元，一個硅原子與四個氮原子組成四面體，硅原子位于四面體中心位置，氮原子分布于四個頂角，一個氮原子被三個四面體共用，相互連接，組成網絡狀結構。氮化硅(Si3N4)有三種晶體結構，分別是α、β和γ相。α和β兩相是Si3N4最常見的兩種結構，α-Si3N4為等軸狀六方晶體，β-Si3N4為長柱狀六方晶體。γ相只有在高壓及高溫下，才能穩(wěn)定存在。氮化硅的三種晶體結構如下圖1.9所示：藍色原子是氮原子，灰色原子是硅原子圖1.9氮化硅三種晶體結構：(a)六方α-Si3N4；(b)六方β-Si3N4；(c)立方γ-Si3N41.5陶瓷材料的燒結方法不同的燒結方法得到的陶瓷材料，其材料的性能也大不一樣，因此燒結過程在材料的生產過程中起到了關鍵的作用。燒結就是將原料在低于材料熔點溫度下持續(xù)加熱得到致密燒結樣品的過程。影響燒結材料性能最主要的因素為燒結溫度，通過調整這些燒結過程中的工藝參數，可以得到不同性能及結構的材料。通常陶瓷材料的制備方法主要有：無壓燒結[12]、熱壓燒結[13]、熱等靜壓燒結[14]、放電等離子燒結[15]、微波燒結[16]、氣壓燒結[17]及反應燒結[18]等方法。放電等離子燒結方式能在極短的燒結時間內得到細晶的陶瓷材料，材料性能也非常優(yōu)越[8,19,20]。以下是幾種常見的陶瓷燒結方法：（1）無壓燒結無壓燒結是在常溫常壓下對樣品進行燒結的一種傳統(tǒng)燒結方式。將事先準備好的燒結粉末混合一定的粘結劑，在一定的壓力下模壓成型，然后將其放入高溫爐中加熱燒結，樣品在高溫經歷一些物理化學反應，如，水蒸氣的蒸發(fā)、塑性變形、凝聚、新相生成、物質擴散等。伴隨著這些過

Al2O3/YSZ及Si3N4陶瓷的放電等離子燒結及力學性能的研究9（5）氣壓燒結氣壓燒結是在燒結爐內通以1~10MPa的氣氛壓強，燒結溫度為2000℃左右，對燒結體進行燒結的過程。以氮化硅陶瓷為例，采用此種燒結方式，在氮氣氣氛下，可以提高氮化硅的分解溫度，降低燒結助劑的情況下，也能得到氣孔率低、致密度高、晶粒細長、性能優(yōu)越的氮化硅陶瓷。氣壓燒結法可以制備大尺寸結構復雜的產品，可以規(guī)�；a。（6）反應燒結反應燒結是陶瓷原料在一定的溫度下經過一系列物理化學變化在較低的燒結溫度下快速得到性能良好的樣品的過程。制品在燒成前后幾乎沒有尺寸收縮。采用各種陶瓷成型工藝，能制得各種形狀復雜的陶瓷制品。反應燒結得到的制品不需要昂貴的機械加工，可以制成形狀復雜的制品，在工業(yè)上得到廣泛應用。（7）放電等離子燒結放電等離子燒結（Sparkplasmasintering,簡稱SPS）是一種利用脈沖電流作為電源進行燒結的新型制備技術，設備如圖1.10所示。早在1930年，脈沖電流就被美國的一些科學家構想出作為一種新型燒結機理燒結金屬粉末及陶瓷粉末。但是經過了約30多年的發(fā)展，到了十九世紀六十年代，美國、日本等國家逐步開始運用脈沖電流燒結技術。隨后，日本申請了SPS燒結的專利。由于生產效率低下等問題，SPS技術難以得到大規(guī)模發(fā)展。直到1988年，世界上第一臺能工業(yè)化生產的SPS在日本被研制出來，隨后在新材料的制備發(fā)展中起到關鍵的作用。正是因為其快速、低溫、高效的燒結特點，放電等離子燒結系統(tǒng)近幾年廣泛被國內外各種研究機構及大學所采購，并利用其燒結的特點進行了許多新材料的研究。圖1.10放電等離子燒結系統(tǒng)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]寬波段窗口材料透明尖晶石的透過性能[J]. 雷牧云,李禎,洪冬梅,趙艷民,婁載亮.  紅外與激光工程. 2012(03)
[2]Sc2-xGaxW3O12體系負熱膨脹性能研究[J]. 劉福生,陳賢鵬,謝華興,敖偉琴,李均欽.  物理學報. 2010(05)



本文編號：3606333