3Y-TZP陶瓷注射成型工艺及其复合陶瓷的研究

来源 :景德镇陶瓷学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wysnl2009
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氧化钇稳定四方多晶氧化锆陶瓷(3Y-TZP)作为一种重要的结构陶瓷材料,具有高强度、高韧性、高硬度、耐腐蚀、耐磨损等优良性能,在航空航天、电子电力、生物医学、机械化工等领域被人们广泛应用。但由于其存在低温老化现象,即长时间处于100~400℃环境,尤其是在潮湿的条件下,会导致力学性能严重下降,使其使用范围受到一定制约,为此,世界各地的陶瓷材料科学工作者不断对其进行深入研究与探索,期望通过材料组成以及制备工艺的改变来解决其在应用中的问题。另外,氧化锆陶瓷的彩色化能够解决它做为外观材料颜色单一的问题,并且充分发挥氧化锆陶瓷近似珠宝的光泽性,极大的拓展它的应用领域。但是氧化锆陶瓷的彩色化目前面临着颜色分布均匀性难于控制、烧结温度高带来的着色剂挥发以及呈色机理不明确等问题。  本论文首先利用陶瓷注射成型(CIM)工艺开发了一套适用于制备高性能3Y-TZP陶瓷的粘结剂体系。结果表明,所有粘结剂体系中骨架粘结剂为HDPE/EVA的注射喂料均匀度最佳;溶剂脱脂温度为60℃,脱脂20h后,所有注射坯体(除骨架粘结剂含有EVA)均完美脱脂成功,且骨架粘结剂为HDPE/LDPE的坯体的脱脂率最佳,此外,溶剂脱脂后坯体强度均高于5MPa;当骨架粘结剂为HDPE/LDPE时,烧结体致密,无明显气孔存在,性能最佳,抗弯强度达到1080MPa。  采用注射成型脱脂后具有连通孔隙结构的坯体利用浸渗法提出一种新型制备彩色氧化锆的方法,研究了液相浸渗法工作机理以及与机械混合法的对比。结果表明,当浸渗温度为25℃时浸渗速率非常缓慢,随着浸渗温度的升高浸渗速率也随之加快,但到60℃时,坯体因浸渗速率过快会导致坯体肿胀、开裂等缺陷,所以最适宜的浸渗温度为40℃。不同烧结温度制备的蓝色氧化锆陶瓷样品的XRD图谱分析以及扫描电子显微镜观察表明,在1450℃时烧结出的蓝色氧化锆样品结构致密、颜色均匀。与常规的机械混合法比较,液相浸渗法制备出的样品中着色相均匀分布,而机械混合法制备出陶瓷样品中的着色相分布出现明显的分界。  采用石墨烯(GNP)的优良性能通过放电等离子烧结制备GNP/3Y-TZP复合陶瓷来改善其低温老化现象,研究了石墨烯含量对GNP/3Y-TZP复合材料微观结构与性能的影响规律。结果表明,石墨烯经过高温高压烧结后仍保持原有结构,并且复合材料断口处有明显的石墨烯片层拔出;石墨烯增强相与氧化锆基体之间形成了适中的界面结合强度。当石墨烯含量增加至1%时,材料断裂韧性从7.4 MPa·m1/2提高到8.6 MPa·m1/2;当石墨烯含量达到1.5%时,过多石墨烯导致复合陶瓷中孔隙增加,使复合材料韧性下降;石墨烯引入可有效抑制GNP/3Y-TZP复合材料中四方氧化锆到单斜氧化锆的相变。
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