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陶瓷材料由于存在脆性大、均匀性差、可靠性低、韧性差、强度较差等缺陷,因而使其应用受到了一定的限制。但纳米陶瓷的出现为减少陶瓷材料脆性、增加韧性指明了道路。纳米氧化锆陶瓷是一种重要的无机非金属材料,它克服了脆性大的缺点,具有熔点高、沸点高、导热系数小、韧性好,硬度高,抗弯强度高,耐磨性好,抗腐蚀性能优良等优点,已成为医学、机械、电子等各技术领域研究的热点。在医学应用领域,尤其在牙科应用上,材料的强度、韧性、硬度很重要,但是材料的耐磨性能更为重要。纳米氧化锆陶瓷做为一种新型材料,其耐磨性能如何,更值得期待。在不同摩擦条件下,陶瓷材料的摩擦磨损特性是不同的。
本论文针对国内目前的应用情况,本着低成本、重实用的原则,研制了纳米氧化锆陶瓷材料,并且对其机械性能进行了研究,尤其是对摩擦磨损性能进行了比较系统的理论和实验研究。
在本论文中,主要包括以下几方面内容:
(1)阐述了陶瓷的分类及作用,尤其是先进陶瓷的特点和发展方向,重点论述了纳米氧化锆陶瓷的性能特点以及在各技术领域的应用,尤其是医学应用领域的优异性,论述了本论文研究的背景及意义。
(2)基于氧化锆陶瓷材料自身的缺点,根据现有的复合材料设计原则及增韧机理,选择适当的复合材料添加相,增韧补强氧化锆陶瓷材料。
(3)采用化学共沉淀法,在超声波的作用下制备纳米氧化锆粉体,以乙醇为反应溶剂,用氧化钇作为稳定剂。采用无水乙醇做反应溶剂,在超声波作用下,避免了硬团聚的形成,从而制备出粒径均匀、没有硬团聚的纳米粉体。用压力实验机在不锈钢模具中将粉体干压成型,再经冷等静压成型,得到纳米氧化锆陶瓷坯体。采用常压烧结法,在高温烧结炉中烧结,从而得到纳米氧化锆陶瓷。
(4)通过实验对纳米氧化锆陶瓷材料的机械性能进行了印证,尤其是韧性大大得以提高,克服了陶瓷材料脆性大的缺点。
(5)研究了自制纳米氧化锆陶瓷材料的摩擦磨损行为,并系统研究其摩擦磨损机理。在本论文中,纳米氧化锆陶瓷的抗摩擦性能和磨损性能主要通过摩擦系数、磨损率、表面形貌等几个方面来评定,同时对其磨损机理进行了分析研究。从而得出:在医学应用领域,纳米氧化锆陶瓷比其他金属材料或陶瓷材料具有优良的力学性能和耐磨损性能。