3Y-TZP陶瓷微觀組織及超塑性變形研究.pdf

1、3Y-TZP(四方相氧化鋯)陶瓷因具有優(yōu)異的硬度、強(qiáng)度、隔熱和耐蝕性，同時(shí)兼?zhèn)淞己玫臄嗔秧g性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，常用于制造極端工況下的使役構(gòu)件，在國(guó)防、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但脆性大、難加工一直限制著陶瓷材料的應(yīng)用，獲得綜合性能更加良好的陶瓷材料也一直是亟待解決的問(wèn)題。利用陶瓷材料的超塑性特性可以使精密陶瓷件的塑性加工成為現(xiàn)實(shí)，這為陶瓷材料的發(fā)展及應(yīng)用提供了新的思路。
　　本文研究了3Y-TZP陶瓷的制備，并

2、通過(guò)摻雜石墨烯納米片來(lái)進(jìn)一步提高材料的斷裂韌性；通過(guò)壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)3Y-TZP及石墨烯增韌TZP的超塑性變形行為及變形機(jī)理進(jìn)行研究，主要結(jié)果如下：
　　采用熱壓燒結(jié)制備的3Y-TZP材料，隨燒結(jié)溫度升高，晶粒尺寸不斷增大，氣孔等缺陷逐漸減少，其斷裂方式從沿晶斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲蛿嗔?。燒結(jié)溫度為1350℃時(shí)，其硬度最大，為13.24GPa；斷裂韌性及抗彎強(qiáng)度隨燒結(jié)溫度的升高不斷增大。采用放電等離子燒結(jié)時(shí)，在燒結(jié)溫度為1350℃時(shí)，斷裂韌性最

3、大，為11.04MPa·m1/2。對(duì)比兩種燒結(jié)方式發(fā)現(xiàn)，兩種燒結(jié)方式下均可獲得四方相氧化鋯；熱壓燒結(jié)所得材料的致密度較高；放電等離子燒結(jié)樣品的斷裂韌性較高，晶粒尺寸分布范圍窄。
　　通過(guò)球磨方法制備了GNP/3Y-TZP復(fù)合粉體，在燒結(jié)后的陶瓷塊體中石墨烯均勻地分散在基體內(nèi)，但隨石墨烯含量的增加，石墨烯片層團(tuán)聚現(xiàn)象逐漸加劇。石墨烯的添加使復(fù)合陶瓷的致密度和硬度略有降低；斷裂韌性在石墨烯含量為1%時(shí)增大最為明顯，提高了17%。通過(guò)計(jì)

4、算脆性指數(shù)可發(fā)現(xiàn)，隨石墨烯含量的增加，GNP/3Y-TZP復(fù)合陶瓷的可加工性不斷提高。摻雜石墨烯的3Y-TZP陶瓷的超塑性變形能力得到提高，在變形過(guò)程中石墨烯對(duì)能量的吸收和對(duì)氧化鋯晶粒長(zhǎng)大的抑制是超塑性提高的主要原因。
　　對(duì)3Y-TZP陶瓷進(jìn)行高溫圧縮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，3Y-TZP陶瓷的超塑性變形抗力隨變形溫度的提高和壓頭速度的降低而降低。變形后晶粒尺寸增大，但晶粒仍保持等軸狀。在1250℃采用應(yīng)力突變法對(duì)不同晶粒尺寸的材料進(jìn)行壓