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纳米氧化锆的含量对纳米氧化锆增韧氧化铝陶瓷力学性能和显微结构的影响

 纳米氧化锆的含量对纳米氧化锆增韧氧化铝陶瓷力学性能和显微结构的影响

 

将纳米氧化锆、氧化铝、复合添加剂等粉料与一定比例的醇一水混合后,球磨制备浆液,采用离心渗透注浆法成坯,在l 450℃下烧结8 h。烧结体打磨抛光后,测试其物理性能和力学性能。通过扫描电镜观察烧结体表面和断面的微观

结构。

当纳米氧化锆含量为20%时,其力学性能高于10%及30%组,三点抗弯曲强度为(433±19)MPa,断裂韧性达(7.50±0.56)MPa·m。显微结构观察到内晶一晶界复合型结构、晶间及穿晶断裂。内晶一晶界复合型结构具有增韧效果,可提高陶瓷的强度和韧性。纳米氧化锆含量为20%时,具有较好的增韧效果,适合口腔修复材料。

 

材料

钇稳定纳米氧化锆,超细氧化铝,粒径0.3um,复合添加剂MgOSi02La203TiO2

方法:Zr02A1203质量比配方分别为192837;复合添加剂以7%加入,按比例配制后,置于聚酯球磨罐内,球磨机180 rmin球磨12 h,获得

均质浆液。置于真空干燥箱中,抽真空至009 MPa,保持5 min。取出后,浇注在内腔为8 mm×6 mm×60 mm的石膏模具中,1 500 r/min离心15 min,脱模成型。素坯在40℃恒温干燥箱内干燥24 h后,置于高温硅钼烧结炉内常压、空气中烧结,升温速度为8℃/min1 450℃保温8h,随炉自然冷却,备用。

 

表面形貌: 20%氧化锆组中浅色的氧化锆晶体弥散在较大的氧化铝晶体内和晶界处,形成内晶和晶界复合型结构。10%氧化锆组中只见少量的氧化锆分布在氧化铝中,晶体之

间似玻璃态物质连接,结构较为疏松,并有较大的气孔。30%氧化锆组中多个氧化锆晶粒聚集,堆积在氧化铝晶体之间,氧化铝晶体较10%和20%氧化锆组小。

 

断面特征20%氧化锆组断面观察见晶体从断裂面拔出时形成的韧性拔出窝及大量氧化铝的穿晶断裂面,其晶面的凹坑为内晶的氧化锆剥离所致。10%和30%氧化锆组的断裂面见大量的沿晶断裂。

 

弯曲强度

影响材料弯曲强度的因素主要有二相在基体中的分布、各相热膨胀系数和弹性模量的匹配、气孔率、晶粒大小、界面等,其中,二相在基体中的比例分布对弯曲强度具有较大的影响。在烧结过程中氧化铝晶粒融合迅速长大,一方面吞噬细小的氧化锆晶粒,另一方面推移氧化锆晶粒移向多晶粒的空隙处,这样便形成内晶和晶界复合型结构。

氧化锆含量为20%时,氧化锆均匀弥散在氧化铝基体内,晶内型的氧化锆颗粒(小于1um)呈球形,而晶界的氧化锆颗粒(大于1um)呈卵圆形。氧化锆含

量为10%时,少量氧化锆弥散在氧化铝基体内。氧化锆含量为30%时,晶界处多个氧化锆颗粒聚集成团。降低了材料的弯曲强度。

 

四方相氧化锆在氧化铝基体中的相变增韧、颗粒增韧形成复合增韧机制。

纳米氧化锆的引入形成纳米材料特殊的结构,产生纳米颗粒增韧效果。当氧化锆含量为20

时,发现存在着大量内晶和晶界复合型结构,内晶型结构与晶界型结构共存,这两种结构共同作用产生了穿晶断裂和多重界面两个效应,通常具有韧化效果。从断面看,

断面见韧性拔出窝,晶间断裂和晶内断裂共存。穿晶断裂需破坏晶内共价键,消耗大量能量,从而提高了材料的韧性。

 

宣城晶瑞新材料有限公司专业生产纳米氧化锆,粒径在30-100纳米的范围。