釔穩(wěn)定氧化鋯及氮化硅是先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料,氧化鋯的相變增韌特性和優(yōu)異的力學(xué)性能,使其被廣泛應(yīng)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(zhì)而廣泛應(yīng)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(jié)惰性,研究高致密度的陶瓷制備工藝及進(jìn)一步增韌是陶瓷研究的重要任務(wù)。放電等離子燒結(jié)采用脈沖電流通電加熱加壓方式,具有升溫快、燒結(jié)溫度低、燒結(jié)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(jié)的重要新技術(shù)。本工作在對商用釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷進(jìn)行放電等離子燒結(jié)（SPS）工藝研究的基礎(chǔ)上對機械混合法及化學(xué)共沉淀法制備Al₂O₃/YSZ（3 mol%Y₂O₃）復(fù)合粉末進(jìn)行放電等離子燒結(jié)研究;以Al₂O₃-YSZ、Al₂O₃-AlN-Yb₂O₃及Al₂O₃

【文章來源】：深圳大學(xué)廣東省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

氧化鋯三種晶體結(jié)構(gòu)示意圖：(a)c-ZrO2；(b)t-ZrO2；(c)m-ZrO2藍(lán)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(jié)及力學(xué)性能的研究7Si3N4為強共價鍵化合物，以[SiN4]4-四面體為結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。氮化硅(Si3N4)有三種晶體結(jié)構(gòu)，分別是α、β和γ相。α和β兩相是Si3N4最常見的兩種結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)如下圖1.9所示：藍(lán)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(jié)構(gòu)：(a)六方α-Si3N4；(b)六方β-Si3N4；(c)立方γ-Si3N41.5陶瓷材料的燒結(jié)方法不同的燒結(jié)方法得到的陶瓷材料，其材料的性能也大不一樣，因此燒結(jié)過程在材料的生產(chǎn)過程中起到了關(guān)鍵的作用。燒結(jié)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(jié)樣品的過程。影響燒結(jié)材料性能最主要的因素為燒結(jié)溫度，通過調(diào)整這些燒結(jié)過程中的工藝參數(shù)，可以得到不同性能及結(jié)構(gòu)的材料。通常陶瓷材料的制備方法主要有：無壓燒結(jié)[12]、熱壓燒結(jié)[13]、熱等靜壓燒結(jié)[14]、放電等離子燒結(jié)[15]、微波燒結(jié)[16]、氣壓燒結(jié)[17]及反應(yīng)燒結(jié)[18]等方法。放電等離子燒結(jié)方式能在極短的燒結(jié)時間內(nèi)得到細(xì)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(jié)方法：（1）無壓燒結(jié)無壓燒結(jié)是在常溫常壓下對樣品進(jìn)行燒結(jié)的一種傳統(tǒng)燒結(jié)方式。將事先準(zhǔn)備好的燒結(jié)粉末混合一定的粘結(jié)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(jié)，樣品在高溫經(jīng)歷一些物理化學(xué)反應(yīng)，如，水蒸氣的蒸發(fā)、塑性變形、凝聚、新相生成、物質(zhì)擴散等。伴隨著這些過

Al2O3/YSZ及Si3N4陶瓷的放電等離子燒結(jié)及力學(xué)性能的研究9（5）氣壓燒結(jié)氣壓燒結(jié)是在燒結(jié)爐內(nèi)通以1~10MPa的氣氛壓強，燒結(jié)溫度為2000℃左右，對燒結(jié)體進(jìn)行燒結(jié)的過程。以氮化硅陶瓷為例，采用此種燒結(jié)方式，在氮氣氣氛下，可以提高氮化硅的分解溫度，降低燒結(jié)助劑的情況下，也能得到氣孔率低、致密度高、晶粒細(xì)長、性能優(yōu)越的氮化硅陶瓷。氣壓燒結(jié)法可以制備大尺寸結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，可以規(guī)�；a(chǎn)。（6）反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)是陶瓷原料在一定的溫度下經(jīng)過一系列物理化學(xué)變化在較低的燒結(jié)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(fù)雜的陶瓷制品。反應(yīng)燒結(jié)得到的制品不需要昂貴的機械加工，可以制成形狀復(fù)雜的制品，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。（7）放電等離子燒結(jié)放電等離子燒結(jié)（Sparkplasmasintering,簡稱SPS）是一種利用脈沖電流作為電源進(jìn)行燒結(jié)的新型制備技術(shù)，設(shè)備如圖1.10所示。早在1930年，脈沖電流就被美國的一些科學(xué)家構(gòu)想出作為一種新型燒結(jié)機理燒結(jié)金屬粉末及陶瓷粉末。但是經(jīng)過了約30多年的發(fā)展，到了十九世紀(jì)六十年代，美國、日本等國家逐步開始運用脈沖電流燒結(jié)技術(shù)。隨后，日本申請了SPS燒結(jié)的專利。由于生產(chǎn)效率低下等問題，SPS技術(shù)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(chǎn)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(guān)鍵的作用。正是因為其快速、低溫、高效的燒結(jié)特點，放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)近幾年廣泛被國內(nèi)外各種研究機構(gòu)及大學(xué)所采購，并利用其燒結(jié)的特點進(jìn)行了許多新材料的研究。圖1.10放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)

【參考文獻(xiàn)】：
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(fù)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(xué)報. 2010(05)



本文編號：3606333