纳米YAG相包覆TiB<,2>复合粉体的制备与烧结性能的研究

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TiB2陶瓷除了具有高的硬度和弹性模量外,还表现出了一系列良好的特性,如导电性、高熔点、耐磨损、重量轻以及高化学稳定性,其应用前景十分广阔。但是TiB2材料较高的制备成本以及较差的烧结性能限制了TiB2陶瓷材料的应用,同时TiB2的常温脆性也有待进一步提高。通过原位复合技术引入第二相,制备TiB2复合材料是提高TiB2陶瓷综合性能的一个重要方法。本文采用原位复合技术制备出具有包覆结构的TiB2陶瓷,研究了YAG包覆TiB2陶瓷结构和性能的相互关系。采用共沉淀的方法在TiB2表面包覆一层Y(OH)3+A1(OH)3沉淀物,然后通过喷雾干燥的方法获得前驱体粉,再通过热处理和热压烧结(HP)工艺,制备出TiB2/YAG陶瓷复合材料。首先,研究了用共沉淀的方法,采用共滴的方式,仔细控制反应过程中的pH值,获得具有包裹结构的Y(OH)3+A1(OH)3的共沉淀物,在900℃热处理后,可以获得纯相YAG粉体,通过优化工艺,可以获得颗粒大小为20-30nm,的纯YAG粉体。接着采用化学共沉淀法制备Y(OH)3+A1(OH)3包覆TiB2粉体。对影响TiB2分散稳定性的因素和Y(OH)3+A1(OH)3包覆TiB2因素进行了分析。研究了TiB2粉体的预处理,分散方式和pH值对TiB2分散稳定性的影响。得出了适宜的分散条件:将试验用TiB2粉体(平均粒径2μm)先用HF进行预处理(浸泡12h),然后用去离子水水洗,直至上层清液显弱酸性(pH=6.0左右)。处理后的TiB2粉体用去离子水配成体积分数为0.4%的悬浊液,用超声波分散,pH=9,Al3+和Y3+的mol比为5:3,滴定速率为2ml/min,复合粉体热处理条件:温度1000℃,保温1小时,Ar气氛。其次,采用热压烧结工艺制备了TiB2-YAG陶瓷。研究了TiB2-YAG的致密化过程以及工艺参数和陶瓷性能的影响。通过对烧结温度、保温时间、YAG的含量对陶瓷致密化和断裂韧性的影响研究,得到了优化的制备工艺:烧结温度为1600℃、烧结压力为30Mpa和保温时间为1h。可以得到显微结构均匀,性能较好的复相陶瓷,其相对密度可达96%以上,抗弯强度可达可以554MPa,维氏硬度可达19.68GPa。
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