由于具有理想的強度和斷裂韌性的配合、較好的耐腐蝕性和耐磨性,基于應力誘導四方相至單斜相（t→m）相變增韌的3Y-TZP陶瓷作為結構陶瓷得到了廣泛的工程應用。但是在長時間水熱環(huán)境下,3Y-TZP的老化即自發(fā)的相變失穩(wěn)會顯著降低材料的力學性能。同時,相變對溫度的敏感性使得3Y-TZP在高溫下不可用。利用Ce⁴⁺與Y³⁺共穩(wěn)定氧化鋯能較好地解決這些問題,但Ce⁴⁺的摻雜會使晶粒粗化而弱化性能。本文以抗老化性和力學性能較好的1.5 mol.%Y₂O₃+5.5 mol.%CeO₂共穩(wěn)定氧化鋯為基礎,通過添加0.1-0.3 mol.%的微量La₂O₃,調控t→m相變及細化晶粒,并通過非相變亞穩(wěn)定t’相的形成,引入鐵彈性疇轉變和應力誘導相變協(xié)同增韌機制,以實現(xiàn)陶瓷的強韌化,同時保證其高溫性能。此外,在相變增韌的基礎上,引入熱還原石墨烯外部增韌相,并對相應的增韌機理進行了分析。為了研究稀土穩(wěn)定劑含量、分布和微量La_2<... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：158 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

經臨床使用不同時間段后的金屬基醫(yī)療鉆頭及熱性骨損傷[1,5]

化性能、中高溫性能及提高其耐磨性成為研究重點。1.2氧化鋯陶瓷的晶體結構與摻雜穩(wěn)定1.2.1氧化鋯的晶體結構氧化鋯具有三種不同的晶體結構：單斜相（Monoclinic，m-ZrO2）、四方相（Tetragonal，t-ZrO2）和立方相（Cubic，c-ZrO2）結構，他們分別穩(wěn)定存在于低溫、中溫和高溫區(qū)。在c-ZrO2對應的立方熒石結構中，1/2的八面體間隙由Zr4+構成的面心立方占據(jù)，而O2-占據(jù)四個面心立方中的四面體間隙。c-ZrO2沿著c軸方向拉長變形，得到四方結構t-ZrO2。四方晶格沿著β角偏轉一定角度，得到m-ZrO2。不同的氧化鋯晶體結構如圖1-2所示。圖1-2氧化鋯晶體結構示意圖Fig.1-2SchematicrepresentationofthethreepolymorphsofZrO2在一定條件下它們可以相互發(fā)生轉換，以升溫過程為例，當溫度達到1170℃時，m-ZrO2向t-ZrO2轉變，并伴隨有~7%-9%的體積收縮。當繼續(xù)升溫至2370℃，t-ZrO2會轉換成c-ZrO2，反之，在降溫過程中會發(fā)生逆反應。其轉換關系所示如下式所示：m-ZrO21170℃t-ZrO22370℃c-ZrO2(1-1)然而，與升溫過程相比，降溫過程中高溫相向低溫相的轉變通常存在溫度遲滯，t-ZrO2→m-ZrO2的反應過程對應轉變溫度為950℃，并伴隨有3-5%的體積膨脹和14-15%的剪切應變。這些晶格轉變屬于無擴散型馬氏體相變，即僅涉及晶格位置原子的協(xié)調位

華南理工大學博士學位論文4對氧空位分布影響明顯。對于離子半徑小于Sc3+的陽離子，空位從能量上有利于取代晶格中的NN位點，而大于Sc3+的陽離子則優(yōu)選NNN位點。而對二價離子，其差別要小于三價離子，而整體趨勢大致一致。因此，大半徑比的摻雜離子有利于局部氧空位存在于其周圍位點，從而使得氧化鋯產生類似于單斜相的配位數(shù)接近6或7而穩(wěn)定化。圖1-3氧化鋯晶體中圍繞O的四面體模型(a)和氧空位缺陷對的鍵能隨穩(wěn)定劑的變化關系(b)及相應的空位取向(c)[23,24]Fig.1-3Tetrahedronsaroundoxygeninzirconiacrystal(a)andbindingenergiesofdopantstooxygenvacancy(b);(c)depictscorrespondingoxygenvacanciesposition一般來說，在室溫下且濃度范圍一定時，隨著低價態(tài)穩(wěn)定劑含量的增加，氧空位濃度逐漸增加，因而t-ZrO2穩(wěn)定性增加。但是穩(wěn)定劑含量并非越高越好。如隨著Y2O3濃度增加，空位數(shù)理論上也隨之增加，同樣可以預期離子電導率的增加。然而，氧化鋯的電導率在Y2O3濃度為~8mol.%時表現(xiàn)出最大值，隨后隨著Y2O3的增加而降低。Solomon等人[25]通過分子動力學模擬分析了YSZ中氧擴散的微觀機制，認為電導率值降低的原因是氧擴散的可用通道數(shù)隨著Y2O3濃度的增加而減少。隨燒結溫度的升高及各種環(huán)境因素的變化，摻雜離子易于在界面偏析[26,27]，其中La3+以其強烈的界面偏析能力引起了廣泛的關注[28]。經La3+摻雜穩(wěn)定后的氧化鋯晶體中，為了補償陽離子在界面的偏析引起的晶界核心附近的電荷失衡，空位自晶體核心向對稱性低的界面富集[29]。這就造成了空位與摻雜離子在界面處復合湮滅，從而導致界面空位的減少且進一步促進晶內空位向晶界處擴散。晶內空位的減少導致四方相氧化鋯穩(wěn)定性的減弱。但是在另一方面，偏析在晶界?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]包覆法制備高性能3YSZ粉體的研究[J]. 包金小,陳翔,阮飛,景強,田震,呂浩東,宋希文.  內蒙古科技大學學報. 2018(02)
[2]稀土氧化物和CaF2對AlN陶瓷燒結性能及熱導率的影響[J]. 賀智勇,王峰,張啟富,劉秋元,千粉玲,劉秀.  硅酸鹽學報. 2018(06)
[3]稀土氧化物對常壓燒結氮化硅陶瓷性能的影響[J]. 段于森,張景賢,李曉光,黃鳴鳴,施鷹,謝建軍,江東亮.  無機材料學報. 2017(12)
[4]不同pH值環(huán)境中鎳鋁青銅冷噴涂涂層腐蝕磨損性能[J]. 孫曉峰,陳正涵,李占明,黃元林,史玉鵬.  工程科學學報. 2017(07)
[5]新型納米陶瓷微晶手術刀的實驗性研究[J]. 魏海梁,李京濤,閆曙光,郭輝,楊倩.  陶瓷. 2017(07)
[6]氧化釔穩(wěn)定氧化鋯四方多晶陶瓷的制備工藝和性能研究[J]. 郭文榮,包金小,宋希文.  內蒙古科技大學學報. 2016(03)
[7]一次性使用陶瓷手術刀的生物學特性與臨床使用的探討[J]. 劉承勇,安雷,魏大年,朱永暉.  臨床醫(yī)學工程. 2015(05)
[8]國產氧化鋯粉體的表面改性處理[J]. 梁玥,齊龍浩,苗赫濯,潘偉.  稀有金屬材料與工程. 2013(S1)
[9]四方相納米二氧化鋯的氣相水解法簡易合成[J]. 王強,孫銘明,李春紅,謝有暢.  江西師范大學學報(自然科學版). 2011(03)
[10]均相共沉淀法制備納米氧化鋯復合粉體[J]. 宋云華,陳祥歌,陳建銘.  功能材料. 2011(S1)

博士論文
[1]過渡金屬氧化物鋰離子電池負極材料納米復合化改性研究[D]. 麥永津.浙江大學 2012

碩士論文
[1]ZrO2-Y2O3復相材料的組成結構與性能研究[D]. 陳琪.武漢科技大學 2018
[2]放電等離子燒結氧化鋯陶瓷的制備及性能研究[D]. 續(xù)曉霄.太原理工大學 2015
[3]在海水、高溫環(huán)境下鈦合金TC11的微動磨損及表面改性研究[D]. 鄧凱.南京航空航天大學 2013
[4]化學氣相沉積法制備ZrO2涂層的顯微結構與性能研究[D]. 郝振華.中南大學 2012
[5]氧化鋯系陶瓷材料的固相法制備及其性能表征[D]. 趙光好.南昌大學 2006



本文編號：3611144