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先进技术的发展,对先进材料不断提出新的要求,先进材料的研制又促进了先进技术的发展。结构陶瓷具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐冲刷、耐磨损、超硬度等一系列优异的性能,是许多其它材料难以比拟的,可以承受金属材料和有机高分子材料难以承受的苛刻工作环境,广泛的应用于航天、化工、能源、日常生活等各个领域。
陶瓷材料的本征脆性使得其存在加工困难、加工成本高和可靠性不高等问题,严重阻碍了其在重要场合中的应用。超塑性陶瓷的发现很好解决了这一难题,特别是高应变率超塑性陶瓷材料的研究成功,使得陶瓷应用具有非常诱人的前景。而在众多超塑性陶瓷材料中,以YSZ/MgAl2O4的效果最为理想且在形变过程中没有非晶相产生。
本论文采用的配方为:70vol%[xmol%Y2O3+(100-x)mol%ZrO2]+30vol%MgAl2O4,其中x=2、3、4,在ZrO2相变敏感区域考察了Y2O3掺量变化时YSZ/MgAl2O4复相粉末和材料中相的变化,研究了材料的烧结活化能以及室温下的力学性能。
结果表明:(2-4)YSZ/MgAl2O4在810℃左右存在一个非晶态向晶态的转变过程,1100℃为复相粉末合成温度,1480℃为复相粉末最低共熔点;ZrO2和MgAl2O4现球形均匀分布且MgAl2O4是分散在ZrO2之间,当温度从850℃升高到1500℃时,颗粒尺寸从10nm增加到300nm;当Y2O3掺量为2mol%时,容易出现单斜相氧化锆;随Y2O3掺量的增加和温度的升高,ZrO2有从单斜到四方再到立方的转变趋势;(2-4)YSZ/MgAl2O4复相陶瓷的烧结活化能为623±80kJ/mol,与未掺入第二相MgAl2O4的材料比较,活化能有所提高,提高了ZrO2基质的晶界扩散效应,从而提高了YSZ/MgAl2O4复相陶瓷的弹性介入效应;在1400℃、1450℃、1500℃和1550℃几个烧结温度制备的块体中,1500℃烧制的3YSZ/MgAl2O4复相陶瓷获得了最佳力学性能,常温抗弯强度和断裂韧性分别为872.45MPa和10.8MPa·m1/2。