烧结助剂对YTaO4陶瓷物理化学性质的影响

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YTaO4陶瓷系列材料是最具有潜在能力的热障涂层材料之一,其熔点高,低热导以及其特殊的铁弹相变结构,赋予了其特殊的潜在价值。YTaO4陶瓷在热障涂层方面研究已经较为成熟,其在其他方面的优越性能有待于进一步开发和研究。根据学者对YTaO4陶瓷材料的研究,本文主要研究了在YTaO4陶瓷中掺入不同种类、不同含量的烧结助剂,优化其烧结制度,使用等静压的方法制取试样,高温无压烧结,在使用真空退火的方式得到样品,主要研究其对陶瓷在物理化学性质等方面的影响。在YTaO4陶瓷中掺入不同种类、不同含量的烧结助剂时,在高温状态下,陶瓷中均产生第二相结构,以至于在陶瓷中形成点缺陷,使得陶瓷在较低温度下生成液相,降低陶瓷的烧结温度。当在陶瓷中掺入6%的碱金属烧结助剂Li2O3时,YTaO4陶瓷的透光率可以稳定保持在80%以上,表明YTaO4陶瓷拥有优越的光学性质,具有发展为光学陶瓷的潜质。将碱土金属烧结助剂MgO掺入到YTaO4陶瓷中,部分Mg2+离子进入如稳定的晶格内部,置换原有的基体材料中Y3+离子,使得晶格畸变,并发生反应生成第二相,并在1600℃的烧结制度下,通过流动传质充分将陶瓷颗粒之间的空隙填充满,抑制晶粒异常长大,使得陶瓷之间的晶界变得模糊,掺入量为2%时,其杨氏模量和硬度最小,其硬度值仅为3.05 GPa,杨氏模量为53.31 GPa,随着掺入量的增加,陶瓷的致密度越高,其杨氏模量和硬度逐渐升高,杨氏模量最高为170.95 GPa,硬度最高为9.68 GPa。将未掺烧结助剂和掺入烧结助剂的陶瓷在相同情况下烧结、真空退火,研究表明掺入烧结助剂Al2O3的量要适宜,其影响烧结的致密化程度,没有达到预定要求,在室温到1200℃范围内,材料的热膨胀系数不随温度的变化而变化,材料的杨氏模量和硬度变化一致,在掺入烧结助剂为8%时,硬度和杨氏模量达到最大值,硬度最大为15.09 GPa,提升了82.9%,杨氏模量最大为219.15 GPa,提升了22.75%。在YTaO4陶瓷中掺入不同含量的氧化铝粉末作为烧结助剂,可以有效提升陶瓷的杨氏模量和硬度。在高温状态下,掺入有烧结助剂的陶瓷,受温度变化影响其膨胀性能基本不发生变化,并且在200-800 cm-1的波长范围内,陶瓷的透光效率明显优于不掺烧结助剂的陶瓷制品,充分说明YTaO4陶瓷在耐高温激光陶瓷领域具有很高的潜质。
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