Al 2 O 3 /YSZ及Si 3 N 4 陶瓷的放电等离子烧结及力学性能的研究
发布时间：2022-01-24 09:31
钇稳定氧化锆及氮化硅是先进结构陶瓷材料,氧化锆的相变增韧特性和优异的力学性能,使其被广泛应用在齿科材料、人体骨骼、陶瓷刀具等方面,氮化硅陶瓷具有低密度、高强度、耐磨、耐腐蚀、抗热震等性质而广泛应用于切割工具、发动机部件及金属成型模具等,但他们也具有陶瓷的固有脆性及烧结惰性,研究高致密度的陶瓷制备工艺及进一步增韧是陶瓷研究的重要任务。放电等离子烧结采用脉冲电流通电加热加压方式,具有升温快、烧结温度低、烧结时间短、密度高、降低晶粒长大等特点,有利于提高材料的强度及韧性,是陶瓷材料烧结的重要新技术。本工作在对商用钇稳定氧化锆陶瓷进行放电等离子烧结（SPS）工艺研究的基础上对机械混合法及化学共沉淀法制备Al2O3/YSZ（3 mol%Y2O3）复合粉末进行放电等离子烧结研究;以Al2O3-YSZ、Al2O3-AlN-Yb2O3及Al2O3
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氧化锆三种晶体结构示意图：(a)c-ZrO2；(b)t-ZrO2；(c)m-ZrO2蓝色为氧原子，红色为锆原子
Al2O3/YSZ及Si3N4陶瓷的放电等离子烧结及力学性能的研究7Si3N4为强共价键化合物，以[SiN4]4-四面体为结构单元，一个硅原子与四个氮原子组成四面体，硅原子位于四面体中心位置，氮原子分布于四个顶角，一个氮原子被三个四面体共用，相互连接，组成网络状结构。氮化硅(Si3N4)有三种晶体结构，分别是α、β和γ相。α和β两相是Si3N4最常见的两种结构，α-Si3N4为等轴状六方晶体，β-Si3N4为长柱状六方晶体。γ相只有在高压及高温下，才能稳定存在。氮化硅的三种晶体结构如下图1.9所示：蓝色原子是氮原子，灰色原子是硅原子图1.9氮化硅三种晶体结构：(a)六方α-Si3N4；(b)六方β-Si3N4；(c)立方γ-Si3N41.5陶瓷材料的烧结方法不同的烧结方法得到的陶瓷材料，其材料的性能也大不一样，因此烧结过程在材料的生产过程中起到了关键的作用。烧结就是将原料在低于材料熔点温度下持续加热得到致密烧结样品的过程。影响烧结材料性能最主要的因素为烧结温度，通过调整这些烧结过程中的工艺参数，可以得到不同性能及结构的材料。通常陶瓷材料的制备方法主要有：无压烧结[12]、热压烧结[13]、热等静压烧结[14]、放电等离子烧结[15]、微波烧结[16]、气压烧结[17]及反应烧结[18]等方法。放电等离子烧结方式能在极短的烧结时间内得到细晶的陶瓷材料，材料性能也非常优越[8,19,20]。以下是几种常见的陶瓷烧结方法：（1）无压烧结无压烧结是在常温常压下对样品进行烧结的一种传统烧结方式。将事先准备好的烧结粉末混合一定的粘结剂，在一定的压力下模压成型，然后将其放入高温炉中加热烧结，样品在高温经历一些物理化学反应，如，水蒸气的蒸发、塑性变形、凝聚、新相生成、物质扩散等。伴随着这些过
Al2O3/YSZ及Si3N4陶瓷的放电等离子烧结及力学性能的研究9（5）气压烧结气压烧结是在烧结炉内通以1~10MPa的气氛压强，烧结温度为2000℃左右，对烧结体进行烧结的过程。以氮化硅陶瓷为例，采用此种烧结方式，在氮气气氛下，可以提高氮化硅的分解温度，降低烧结助剂的情况下，也能得到气孔率低、致密度高、晶粒细长、性能优越的氮化硅陶瓷。气压烧结法可以制备大尺寸结构复杂的产品，可以规模化生产。（6）反应烧结反应烧结是陶瓷原料在一定的温度下经过一系列物理化学变化在较低的烧结温度下快速得到性能良好的样品的过程。制品在烧成前后几乎没有尺寸收缩。采用各种陶瓷成型工艺，能制得各种形状复杂的陶瓷制品。反应烧结得到的制品不需要昂贵的机械加工，可以制成形状复杂的制品，在工业上得到广泛应用。（7）放电等离子烧结放电等离子烧结（Sparkplasmasintering,简称SPS）是一种利用脉冲电流作为电源进行烧结的新型制备技术，设备如图1.10所示。早在1930年，脉冲电流就被美国的一些科学家构想出作为一种新型烧结机理烧结金属粉末及陶瓷粉末。但是经过了约30多年的发展，到了十九世纪六十年代，美国、日本等国家逐步开始运用脉冲电流烧结技术。随后，日本申请了SPS烧结的专利。由于生产效率低下等问题，SPS技术难以得到大规模发展。直到1988年，世界上第一台能工业化生产的SPS在日本被研制出来，随后在新材料的制备发展中起到关键的作用。正是因为其快速、低温、高效的烧结特点，放电等离子烧结系统近几年广泛被国内外各种研究机构及大学所采购，并利用其烧结的特点进行了许多新材料的研究。图1.10放电等离子烧结系统
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽波段窗口材料透明尖晶石的透过性能[J]. 雷牧云,李祯,洪冬梅,赵艳民,娄载亮. 红外与激光工程. 2012(03)
[2]Sc2-xGaxW3O12体系负热膨胀性能研究[J]. 刘福生,陈贤鹏,谢华兴,敖伟琴,李均钦. 物理学报. 2010(05)
本文编号：3606333
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氧化锆三种晶体结构示意图：(a)c-ZrO2；(b)t-ZrO2；(c)m-ZrO2蓝色为氧原子，红色为锆原子
Al2O3/YSZ及Si3N4陶瓷的放电等离子烧结及力学性能的研究7Si3N4为强共价键化合物，以[SiN4]4-四面体为结构单元，一个硅原子与四个氮原子组成四面体，硅原子位于四面体中心位置，氮原子分布于四个顶角，一个氮原子被三个四面体共用，相互连接，组成网络状结构。氮化硅(Si3N4)有三种晶体结构，分别是α、β和γ相。α和β两相是Si3N4最常见的两种结构，α-Si3N4为等轴状六方晶体，β-Si3N4为长柱状六方晶体。γ相只有在高压及高温下，才能稳定存在。氮化硅的三种晶体结构如下图1.9所示：蓝色原子是氮原子，灰色原子是硅原子图1.9氮化硅三种晶体结构：(a)六方α-Si3N4；(b)六方β-Si3N4；(c)立方γ-Si3N41.5陶瓷材料的烧结方法不同的烧结方法得到的陶瓷材料，其材料的性能也大不一样，因此烧结过程在材料的生产过程中起到了关键的作用。烧结就是将原料在低于材料熔点温度下持续加热得到致密烧结样品的过程。影响烧结材料性能最主要的因素为烧结温度，通过调整这些烧结过程中的工艺参数，可以得到不同性能及结构的材料。通常陶瓷材料的制备方法主要有：无压烧结[12]、热压烧结[13]、热等静压烧结[14]、放电等离子烧结[15]、微波烧结[16]、气压烧结[17]及反应烧结[18]等方法。放电等离子烧结方式能在极短的烧结时间内得到细晶的陶瓷材料，材料性能也非常优越[8,19,20]。以下是几种常见的陶瓷烧结方法：（1）无压烧结无压烧结是在常温常压下对样品进行烧结的一种传统烧结方式。将事先准备好的烧结粉末混合一定的粘结剂，在一定的压力下模压成型，然后将其放入高温炉中加热烧结，样品在高温经历一些物理化学反应，如，水蒸气的蒸发、塑性变形、凝聚、新相生成、物质扩散等。伴随着这些过
Al2O3/YSZ及Si3N4陶瓷的放电等离子烧结及力学性能的研究9（5）气压烧结气压烧结是在烧结炉内通以1~10MPa的气氛压强，烧结温度为2000℃左右，对烧结体进行烧结的过程。以氮化硅陶瓷为例，采用此种烧结方式，在氮气气氛下，可以提高氮化硅的分解温度，降低烧结助剂的情况下，也能得到气孔率低、致密度高、晶粒细长、性能优越的氮化硅陶瓷。气压烧结法可以制备大尺寸结构复杂的产品，可以规模化生产。（6）反应烧结反应烧结是陶瓷原料在一定的温度下经过一系列物理化学变化在较低的烧结温度下快速得到性能良好的样品的过程。制品在烧成前后几乎没有尺寸收缩。采用各种陶瓷成型工艺，能制得各种形状复杂的陶瓷制品。反应烧结得到的制品不需要昂贵的机械加工，可以制成形状复杂的制品，在工业上得到广泛应用。（7）放电等离子烧结放电等离子烧结（Sparkplasmasintering,简称SPS）是一种利用脉冲电流作为电源进行烧结的新型制备技术，设备如图1.10所示。早在1930年，脉冲电流就被美国的一些科学家构想出作为一种新型烧结机理烧结金属粉末及陶瓷粉末。但是经过了约30多年的发展，到了十九世纪六十年代，美国、日本等国家逐步开始运用脉冲电流烧结技术。随后，日本申请了SPS烧结的专利。由于生产效率低下等问题，SPS技术难以得到大规模发展。直到1988年，世界上第一台能工业化生产的SPS在日本被研制出来，随后在新材料的制备发展中起到关键的作用。正是因为其快速、低温、高效的烧结特点，放电等离子烧结系统近几年广泛被国内外各种研究机构及大学所采购，并利用其烧结的特点进行了许多新材料的研究。图1.10放电等离子烧结系统
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽波段窗口材料透明尖晶石的透过性能[J]. 雷牧云,李祯,洪冬梅,赵艳民,娄载亮. 红外与激光工程. 2012(03)
[2]Sc2-xGaxW3O12体系负热膨胀性能研究[J]. 刘福生,陈贤鹏,谢华兴,敖伟琴,李均钦. 物理学报. 2010(05)
本文编号：3606333
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