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由于氧化锆陶瓷有优良的物理和化学性能,较高的熔点、高强度、高韧性和抗化学腐蚀性等因素,被广泛的应用在耐高温材料、结构陶瓷和化工等领域,在陶瓷材料研究领域占有十分重要的地位。然而,单纯的氧化锆因为其相变原因,难以直接作为材料来应用,这也是为什么氧化锆被发现的较早,应用却较晚。为了得到较为稳定的相,通过加入MgO、Y2O3、CaO等稳定剂可以使氧化锆陶瓷全部或部分稳定在t-ZrO2相,这样就解决了氧化锆应用过程中的难题,不会再因为t-ZrO2相向m-ZrO2相转变而发生材料开裂等现象。氧化锆特殊的高温性能一直是研究的热点和重点,本文较为系统地研究了其高温物理性能,重点探讨了以下三个方面的内容:
首先,研究了6Y-PSZ陶瓷在制备和烧结过程中的一些影响致密化的因素,主要包括颗粒级配、粉体造粒、成型压力和稳定剂等,同时研究了稳定剂和复合材料对力学性能影响。球磨24h后粉体的颗粒级配更好,粒度范围也相当集中;加入1mol%的MgO对材料的各项指标都有明显的提升;在与MgAl2O4尖晶石的复合过程中,3%的尖晶石对材料性能有所改进,吸水率变化明显。
其次,在以上研究的基础上,选择了4种性能较好的配方进行了抗热震研究。研究结果表明:在1300℃以上进行热震时,6Y-PSZ陶瓷材料会出现力学性能突变,抗折强度有明显升高的现象,这种变化主要和马氏体相变和热韧化过程有关;在对与MgAl2O4尖晶石的复合过程的研究中,结合热失配理论,阐明了ZrO2陶瓷复合材料在高温应用过程中的局限性。
最后,在对高温力学性能和高温蠕变的研究中以3Y-TZP陶瓷为研究对象,着重从方法和机理出发,对这种材料的高温性能做了全面的研究和分析。通过实验数据和分析得出:3Y-TZP陶瓷的高温性能十分突出,在1000~1400℃时还能保持在200MPa左右;采用三点弯曲的方法进行蠕变实验时显示出抗压和抗拉两种蠕变的结果;氧化锆陶瓷的蠕变过程不仅和传统材料一样可以通过各种蠕变理论来解释,更重要的是这一过程中还伴随有相变,并且这种相变经蠕变后不能回复到原来形态而保持下来。