成型工艺参数及稀土掺杂对Mg-PSZ性能的影响

发布时间：2017-09-22 17:06

  本文关键词：成型工艺参数及稀土掺杂对Mg-PSZ性能的影响

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【摘要】：本文首先以单斜相氧化锆及硝酸镁/硝酸铝以及PVA为原料通过湿法球磨制备了氧化镁掺杂氧化锆造粒粉,所制粉体呈现轻微团聚,其颗粒呈近似球形,颗粒直径为60-200nm。同时研究了压力制度与PVA的含量对氧化镁部分稳定氧化锆(Mg-PSZ)素坯致密度以及烧结体致密度的影响,并且通过测试制品致密度来确定最优化工艺。测试了Mg-PSZ包括抗热震性能在内的各项力学性能。结果表明:(1)干压工艺结合等静压并保压并且烧结温度定为在1615℃可以制得致密度最高的Mg-PSZ试样。(2)PVA含量应控制在在5-7ml/100g既可以增加颗粒间的结合力,提高素坯强度,通过立体稳定化效果防止团聚,也可以减少气体的产生而导致气孔的出现和坯体的疏松。(3)Mg-PSZ三点弯曲强度为715Mpa,断裂韧性为10.25MPa.m1/2,热震温度大于250℃时材料失效。在最优工艺条件下将三种稀土元素(Pr,Ce,La)及Pr/La掺杂在Mg-PSZ基体中。研究了稀土掺杂对Mg-PSZ三点弯曲强度,热震性,断裂韧性等影响。结果表明:(1)Pr_2O_3的掺入一定程度增加了Mg-PSZ的气孔率,细化晶粒,增加单斜相的含量,三者共同作用使Mg-PSZ的常温力学性能有所下降。Pr_2O_3的掺入导致单斜相的增加,减小了热膨胀系数,且抗热震参数及抗热震损伤参数均随Pr_2O_3的掺入而有所提高,热震后残余强度在Pr_2O_3掺量为0.1%~0.3%时得到显著提高。(2)CeO2的掺入与Pr元素的掺入一样,均导致了单斜相的增加造成试样在常温环境中强度产生起伏,但是通过促进相变及增加气孔率明显改善了试样的抗热震性能。(3)La_2O_3的加入使Mg-PSZ内部生成新的La2Zr2O7相,La2Zr2O7具有较高的强度和更低的低热导率(1.56Wm-1.K-1)及热膨胀系数(8.1×10-6/K),但因其断裂韧性较低,影响了整体的断裂韧性。(4)Pr_2O_3/La_2O_3复合掺杂能生成明显的La2Zr2O7相,经300℃及350℃循环热震后强度趋于稳定。本研究通过探讨稀土掺杂对Mg-PSZ性能的影响,提出了具体的掺杂机理,解释了稀土掺杂与Mg-PSZ抗热震性能之间的联系,对优选抗热震氧化锆陶瓷材料提供了技术指导。
【关键词】：氧化镁部分稳定氧化锆(Mg-PSZ) 成型工艺 稀土掺杂 力学性能 抗热震性能
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-10
• 第一章 引言10-26
• 1.1 课题背景介绍10-11
• 1.2 氧化锆陶瓷性能11-12
• 1.3 陶瓷的热震性能12-21
• 1.3.1 热应力12-13
• 1.3.2 陶瓷材料的热震性能13-15
• 1.3.2.1 热震断裂理论14
• 1.3.2.2 热震损伤理论14-15
• 1.3.2.3 断裂发生和裂纹扩展的统一理论15
• 1.3.3 影响陶瓷材料抗热震性能的因素15-17
• 1.3.3.1 陶瓷材料的力学性能15-16
• 1.3.3.2 陶瓷材料的热力学性能16-17
• 1.3.4 改善陶瓷材料抗热震性的途径17-21
• 1.3.4.1 提高材料的断裂韧性17-20
• 1.3.4.2 改善材料热热膨胀性能与热导率20-21
• 1.4 氧化锆的抗热震性能21-22
• 1.5 氧化锆的掺杂机理22-25
• 1.5.1 低价阳离子掺杂稳定机理22-24
• 1.5.2 同价阳离子掺杂机理24
• 1.5.3 多元掺杂机理24-25
• 1.6 稀土掺杂氧化锆陶瓷目前存在的问题25
• 1.7 论文课题的研究方案25-26
• 第二章 试样制备及测试26-32
• 2.1 实验所需原料及仪器26-27
• 2.2 实验步骤27-28
• 2.2.1 湿法球磨法制备氧化锆粉体27-28
• 2.2.2 试样制备方法28
• 2.3 性能测试方法28-32
• 2.3.1 体积密度的测试28-29
• 2.3.2 弯曲强度的测试29-30
• 2.3.3 抗热震性能的测试30
• 2.3.4 断裂韧性的测试30-31
• 2.3.5 试样的相组成31
• 2.3.6 试样断口组织形貌及粉体形貌31-32
• 第三章 粉体的测试与表征32-35
• 3.1 氧化镁稳定氧化锆粉32
• 3.2 粉体形貌表征32-33
• 3.3 造粒粉的差热-热重分析33-34
• 3.4 小结34-35
• 第四章 Mg-PSZ的制备及优化35-48
• 4.1 Mg-PSZ的密度分析35-45
• 4.1.1 成型工艺与生坯体积密度正交分析35-39
• 4.1.2 成型工艺与成品致密度正交分析39-44
• 4.1.3 PVA含量的影响44-45
• 4.2 Mg-PSZ的热震性能45-46
• 4.3 小结46-48
• 第五章 稀土元素的掺杂48-70
• 5.1 Pr元素掺杂48-55
• 5.1.1 Pr_2O_3掺杂对形貌的影响48-50
• 5.1.2 Pr_2O_3的掺入对Mg-PSZ抗热震性能的影响50-53
• 5.1.3 小结53-55
• 5.2 Ce元素的掺杂55-60
• 5.2.1 CeO_2部分稳定氧化锆55-57
• 5.2.2 CeO_2掺杂Mg-PSZ的性能57-58
• 5.2.3 小结58-60
• 5.3 La元素掺杂60-66
• 5.3.1 La_2O_3掺杂对试样组分的影响60-62
• 5.3.2 La_2O_3掺杂对试样室温性能的影响62-63
• 5.3.3 La_2O_3的掺入对Mg-PSZ热震性能的影响63-65
• 5.3.4 小结65-66
• 5.4 Pr/La复合掺杂66-70
• 5.4.1 复合掺杂对试样室温性能的影响66-67
• 5.4.2 复合掺杂对试样热震性能的影响67-69
• 5.4.3 小结69-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：902014