三元稀土共稳定氧化锆基陶瓷的烧结工艺与水热老化性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ygl360
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
氧化锆陶瓷具有高强度、高硬度、低热传导率、高耐腐蚀性能以及优良的生物相容性等优点,在医疗器械、汽车配件和航空航天等领域均有广泛应用。其中,医疗手术刀具是一种全新领域的应用。但是使用氧化锆陶瓷制备手术刀存在以下两个问题:(1)氧化锆陶瓷特性决定了它缺乏类似金属的塑性变形能力,断裂韧性较差;(2)氧化锆陶瓷存在低温老化现象,而医疗刀具涉及到的高温蒸汽灭菌消毒过程以及湿热的应用环境要求氧化锆陶瓷具有良好的抗水热老化能力。这两个问题的存在使氧化锆陶瓷在手术刀领域的应用受到限制。为了提升相变增韧效果,常在氧化锆陶瓷中加入稀土稳定剂,其作用是将中高温四方相(t-Zr O2)稳定至室温。相比于单一稀土稳定氧化锆基陶瓷,多元稀土共稳定氧化锆陶瓷既可发挥多元稀土协同增韧的优势,又可弥补单一稀土元素掺杂的不足。然而,传统共沉淀法制备多元稀土共稳定氧化锆粉体存在工艺繁琐,粉体易团聚等问题。因此本文采用新型涂覆法工艺制备三元稀土(Y-Ce-La)共稳定氧化锆粉末,优化了常压烧结工艺参数,并初步探究三元稀土(Y-Ce-La)共稳定氧化锆陶瓷水热老化性能影响因素,旨在为具有优良综合力学性能的同时兼顾良好的抗水热老化性能的陶瓷手术刀提供技术参考。以稀土硝酸钇、硝酸铈、硝酸镧以及纳米单斜相氧化锆粉体为原料,利用新型涂覆法制备1.5mol.%Y2O3-5.5mol.%Ce O2-0.3mol.%La2O3共稳定氧化锆粉体(1.5Y5.5Ce0.3La-Zr O2),结合冷等静压成型和常压烧结工艺,系统地探讨了其烧结过程的致密化及晶粒长大过程,研究了烧结温度、保温时间以及升温速率对Y-Ce-La共掺杂氧化锆基陶瓷的维氏硬度、断裂韧性以及抗弯强度等力学性能的影响。结果表明,t-Zr O2的稳定化程度随烧结温度的升高而逐渐增强,致密化过程主要发生在1200~1550℃,当烧结温度为1550℃时,试样的相对密度达到98.80%以上,断裂韧性为10.81 MPa·m1/2;随着保温时间的延长,试样的相对密度和力学性能先增后减,保温时间为1.5 h时具有最优综合力学性能;缩短保温时间会使陶瓷致密度降低,延长保温时间可能使陶瓷内部晶粒长大,都会降低氧化锆基陶瓷的力学性能。确定了最优烧结工艺参数:烧结温度1550℃,保温时间1.5 h,升温速率1.0℃/min。研究稀土稳定剂的含量和种类、水热老化温度、老化时间以及两步烧结保温时间对氧化锆基陶瓷的水热老化性能的影响,通过涂覆法分别制备了3Y-Zr O2、Y-Ce以及Y-Ce-La共稳定氧化锆陶瓷。结果表明,3Y-Zr O2抗水热老化能力最差,经水热老化后,粗大晶粒数量较多,大量四方相转变成单斜相,力学性能急剧下降;1.5Y5.5Ce-Zr O2在一定程度上提升了抗老化性能,经水热老化后,晶粒无显著粗化,单斜相含量增加速率减缓,综合力学性能优于3Y-Zr O2。1.5Y5.5Ce0.3La-Zr O2水热老化性能最优,微量La2O3的添加能明显细化晶粒,从而使抗老化性能得到显著改善。延长老化时间和升高水热老化温度会对其水热老化性能有着不同的影响,尤其是水热老化温度的升高会急剧加速老化过程。两步烧结工艺(TSS)制备的1.5Y5.5Ce0.3La-Zr O2的力学性能虽然略低于单步烧结工艺(SSS)制备的同种材料性能,但是即使在高温环境(200℃)中也基本不受水热老化的影响,并且适当延长两步烧结保温时间有利于抗水热老化能力的提升。
其他文献
由于其在储能材料和高温材料方面蕴含的巨大应用潜力,AB2型Laves相晶体结构材料受到理论和实验工作者的广泛关注。通过外来原子的替换和掺杂,基于特有的晶格结构以置换固溶体的方式构建多组元合金,是对结构属性进行调控、改善合金材料预期性能的主要手段。通过理论计算的方法对新结构的物理化学特性进行详细而深入的研究,既有助于清晰认识体系内部原子间相互作用,又可以为实验期望合成和制备的材料提供性能预测。基于密
助推策略在促进公众低碳行为方面具有效果佳且成本低的优势,但将其广泛运用到减碳政策中将引发公众对决策自主性可能被侵犯的担忧。助推型减碳政策要获得更高程度的公众支持,需要系统了解公众对助推型政策设计中多个属性的偏好。论文采用联合实验设计,从受益者、助推目标、公民社会参与、实施者、助推技术、透明性及替代技术这七个政策属性切入,分析了公众对助推型减碳政策的偏好,并使用机器学习方法探索了不同群体在助推型减碳
随着显示技术朝大尺寸、超高分辨以及柔性可穿戴方向的快速发展,开发出低成本高性能薄膜晶体管(TFT)驱动背板技术十分关键。金属氧化物半导体由于具有较高的迁移率、高透明度、良好的均匀性和低温制备工艺等优点,被认为是新一代显示背板驱动技术。随着科技的进步与发展,功能各异的电子产品大量融入到了人们生活的方方面面。与此同时,也产生了大量的电子垃圾,给人类的健康和生活环境造成巨大的威胁和挑战。因此,开发出一种
微操作机器人系统作为现代装备制造业中的高端装备,是多学科交叉融合的产物,拥有技术密集程度高、附加值高、社会效益高的特点,具备给高端装备制造和前沿医疗服务产业链带来变革的潜力。视觉感知系统在微操作机器人中,具有非接触、高灵活度、大信息量、直观可视化等特点,在实现自动化的过程中扮演着举足轻重的角色。更加复杂、更加精细、更加高效是微操作的发展趋势,这也给精密视觉感知系统提出了更高的性能要求。当前的视觉运
聚合物太阳能电池(PSCs)具有重量轻、成本低、柔性和可大规模生产等优点,有巨大的应用潜力。最近几年,PSCs的光电转换效率(PCE)迅速提高,目前已经达到了18%。但想要实现PSCs的商业应用,我们还需要进一步提高器件的效率和稳定性。PEDOT:PSS作为PSCs中常用的空穴传输层(HTL),有电导率低、酸性和吸湿性的缺点。另一方面,由于有机半导体的吸收窗口窄,活性层的吸收覆盖率不够高。这些都限
以柔性直流技术构建的柔性直流配电网具有控制灵活、组网能力强大等特点,可作为解决未来城市电力供应问题的新方案。2018年12月,世界首个规模最大的多端交直流混合柔性配电网互联工程在广东珠海唐家湾成功投运,该工程通过三个模块化多电平(Modular Multilevel Converter,MMC)柔性直流换流站实现了区域中压交流配电网的柔性互联,对改善配网结构,构建未来能源互联网起到了领头示范性的作
随着芯片集成度的不断提高,金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)在尺寸缩小的过程中受到短沟道效应的制约,三维MOS器件鳍式栅场效应晶体管(FinFET)和圆柱形双栅场效应晶体管(CSDG MOSFET)通过增加栅极对沟道的控制面积来提高栅控能力,从而提高输出电流及对短沟道效应的抑制能力,是未来器件的发展方向。因此,建立FinFET和CSDG MOSFET的模型,研究它们的电学特性规律,对更好地理
脑卒中是一种常见的急性脑血管疾病,卒中后大部分患者会出现上肢功能障碍,目前患者功能康复的主要方式是康复训练。研究表明,相比于传统康复训练方式,机器人辅助训练可以提供多模式化的训练方案,有效提高脑卒中患者的康复训练效果。由于人体上肢康复训练比下肢训练更加复杂,肢体运动功能恢复更慢,因此,研发上肢康复机器人具有重要的研究意义和临床价值。目前,在上肢康复机器人结构设计方面,外骨骼式上肢康复机器人因其能更
随着工业化的发展与城市化的推进,电力电缆因体积小、安全性高和抗干扰性强等优点而被广泛应用于电力传输和电力分配。然而,由于受到生产工艺、土壤条件和运行时间等多种因素的影响,电力电缆绝缘会出现局部劣化,从而引发闪络、局放等现象,最终导致电缆永久性故障。因此,研究电缆早期故障的检测和识别方法,及时维护和更换存在绝缘缺陷的电缆,对提高电力系统的安全性和稳定性具有重要意义。在对电缆早期故障进行检测和识别的研
射频功率放大器是射频前端的关键器件,也是射频前端中消耗功率最大的器件,低效的功放会浪费能源,且发热严重,降低射频前端性能。另外,随着无线通信技术的发展,通信信号调制方式愈发复杂,信号带宽越来越宽,信号的峰均比越来越高。因此在射频前端中,功放需要宽带宽,高功率效率和高回退效率。Doherty功放因其硬件电路实施简单,是无线通信设备中的最常用的效率提升技术。基于上述背景,本文对宽带功放和Doherty