本文關(guān)鍵詞：微波燒結(jié)制備ZTA陶瓷的工藝及機理研究

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【摘要】：良好的高溫機械強度,抗熱振性,耐磨和抗氧化能力,低的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)良好的匹配性,使得氧化鋯增韌氧化鋁(ZTA)陶瓷廣泛應(yīng)用;微波燒結(jié)利用材料介質(zhì)損耗吸收微波促使材料致密,微波的熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)相結(jié)合的特殊加熱模式,也可以改善材料性能,同時具有高效,節(jié)能,環(huán)保的優(yōu)勢。本課題首先采用微波熱解法制備了ZTA陶瓷原料,然后采用微波燒結(jié)制備ZTA陶瓷與ZTA異形件,并設(shè)計了微波燒結(jié)異形件的專用燒結(jié)保溫裝置。通過對原料的物相分析,粒度分析,和顯微形貌分析,探索微波熱解工藝和碳化硅對原料特性的影響;通過對微波加熱功率溫度曲線分析,探究碳化硅的加入對微波加熱工藝的影響;結(jié)合ZTA陶瓷致密度檢測,物相分析,顯微形貌分析以及抗彎強度和維氏硬度的分析,探究微波與碳化硅對ZTA陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能的影響,揭示了微波與物質(zhì)間的作用機理。本課題以一水軟鋁(α-AlOOH),氧氯化鋯、硝酸釔和SiC粉體為原料,采用微波熱解法制備α-Al2O3粉體與部分穩(wěn)定的氧化鋯(3Y-ZrO2)/SiC復(fù)合粉體。研究結(jié)果表明:微波熱解α-AlOOH在1100℃可獲得純凈的α-Al2O3粉體;微波熱解制備含有SiC的3Y-ZrO2/SiC復(fù)合粉體時,碳化硅顆粒形成微波熱點,加快前驅(qū)體熱解進程,3Y-ZrO2/SiC復(fù)合粉體較3Y-ZrO2粉體含有更多的四方相,平均顆粒尺寸隨著熱解溫度的增加(700℃,50nm)逐漸增加(900℃,200nm)。使用上述微波制備的粉體,結(jié)合自制輔助燒結(jié)裝置,采用微波燒結(jié)方式,制備得到ZTA陶瓷。研究結(jié)果表明:燒結(jié)溫度為1500℃,保溫30min,制備得到的ZTA陶瓷致密度達97%,抗彎強度和硬度分別達452MPa和13.3GPa。同時,采用異形件專用微波輔助燒結(jié)保溫結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了大尺寸ZTA陶瓷(密封閥門)微波快速燒成,燒結(jié)溫度為1500℃,保溫30min,致密度達99%,抗彎強度和硬度分別達435MPa和13.9GPa,微波燒結(jié)異形ZTA陶瓷圓環(huán)的時間為250min,而傳統(tǒng)電阻燒結(jié)方式燒成時間為:24h*7。微波熱解包含碳化硅的氧化鋯前驅(qū)體可以獲得顆粒尺寸更加細小的氧化鋯粉體,得益于SiC的微波熱點效應(yīng)使得熱解時間更短。由于原料中碳化硅粉體的加入,在微波燒結(jié)ZTA陶瓷時,呈現(xiàn)階梯型加熱模式,相對于純ZTA陶瓷的微波燒結(jié)時間相對減少20min,碳化硅顆粒的優(yōu)先吸收微波使ZTA陶瓷燒結(jié)更加均勻,并引起氧化鋯顆粒的局部定向生長,促使ZTA陶瓷抗彎強度增加,本課題通過對工業(yè)用異形ZTA陶瓷圓環(huán)的成功燒成,提出局部熱量補償原理。
【關(guān)鍵詞】：微波加熱 熱點效應(yīng) 梯次加熱 局部熱量補償 ZTA陶瓷
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.65
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-29
• 1.1 ZTA陶瓷14-21
• 1.1.1 ZTA陶瓷的應(yīng)用14-15
• 1.1.2 ZTA陶瓷的增韌機制15-17
• 1.1.3 ZTA陶瓷的制備工藝17-21
• 1.2 微波燒結(jié)技術(shù)21-27
• 1.2.1 微波與微波加熱21-23
• 1.2.2 微波燒結(jié)原理與特點23-24
• 1.2.3 材料與微波的作用24-27
• 1.3 選題目的與研究內(nèi)容27-29
• 1.3.1 選題目的及意義27
• 1.3.2 課題研究內(nèi)容27-28
• 1.3.3 課題創(chuàng)新點28-29
• 2 實驗原料與設(shè)備29-38
• 2.1 實驗原料29
• 2.2 儀器設(shè)備29-31
• 2.3 微波燒結(jié)設(shè)備31-33
• 2.4 微波輔助熱解裝置33-34
• 2.5 微波輔助燒結(jié)裝置34-38
• 2.5.1 保溫層的選擇34-35
• 2.5.2 保溫層的作用35
• 2.5.3 加熱體的選擇35-36
• 2.5.4 微波輔助燒結(jié)保溫裝置工作原理36-38
• 3 微波熱解制備氧化鋁和氧化鋯粉體38-52
• 3.1 微波熱解制備氧化鋁粉體38-44
• 3.1.1 氧化鋁前驅(qū)體38-39
• 3.1.2 氧化鋁前驅(qū)體微波熱解工藝39-40
• 3.1.3 氧化鋁粉體物相分析40-41
• 3.1.4 氧化鋁粉體顯微形貌分析41-44
• 3.2 微波熱解制備氧化鋯粉體44-51
• 3.2.1 氧化鋯前驅(qū)體制備44-45
• 3.2.2 氧化鋯前驅(qū)體微波熱解工藝45
• 3.2.3 氧化鋯粉體物相分析45-47
• 3.2.4 氧化鋯粉體顯微形貌分析47
• 3.2.5 氧化鋯粉體粒度分析47-50
• 3.2.6 微波熱解制備氧化鋯粉體機理50-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 4 微波燒結(jié)ZTA陶瓷52-62
• 4.1 ZTA陶瓷坯體制備52-53
• 4.2 ZTA陶瓷微波燒結(jié)工藝53-54
• 4.3 ZTA陶瓷性能分析54-56
• 4.4 ZTA陶瓷物相分析56-58
• 4.5 ZTA陶瓷顯微形貌分析58-59
• 4.6 微波燒結(jié)ZTA陶瓷機理59-61
• 4.7 本章小結(jié)61-62
• 5 微波燒結(jié)異形ZTA陶瓷工程制品62-74
• 5.1 微波燒結(jié)異形ZTA陶瓷工藝研究62-70
• 5.1.1 ZTA陶瓷微波燒結(jié)溫度探究63-67
• 5.1.2 常規(guī)輔助微波燒結(jié)67-68
• 5.1.3 優(yōu)化微波輔助燒結(jié)68-70
• 5.2 微波燒結(jié)異形ZTA陶瓷機理70
• 5.3 微波燒結(jié)其他氧化鋁和氧化鋯工程制品70-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 6 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 結(jié)論74
• 6.2 展望與建議74-76
• 參考文獻76-81
• 個人簡歷及碩士期間取得的成績81-82
• 致謝82

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本文編號：887133