微波燒結(jié)Y-ZrO2陶瓷燒結(jié)工藝及機(jī)理研究.pdf

1、微波燒結(jié)作為一種新型的材料制備方法，近年來(lái)因其快速、節(jié)能、環(huán)保的燒結(jié)特性備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本課題以常壓熱解制備的納米nY-ZrO2(n=0，3，5，7，9mol％)粉體為原料，采用混合微波燒結(jié)的方法制備釔穩(wěn)定的ZrO2陶瓷（nY-ZrO2陶瓷）。所用的微波設(shè)備為2450MHz的多模腔微波燒結(jié)爐，燒結(jié)溫度為1100～1550℃，保溫30min，并通過(guò)調(diào)節(jié)入射和反射功率控制其燒結(jié)制度。對(duì)照組樣品采用常壓燒結(jié)（箱式電阻爐）制備，其燒結(jié)

2、制度為:升溫速率2℃/min，燒結(jié)溫度1100～1600℃，保溫時(shí)間120min。對(duì)上述制備的的樣品分別進(jìn)行體積密度、顯微硬度、X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)等檢測(cè)和表征。以期綜合、系統(tǒng)分析相關(guān)數(shù)據(jù)確定微波燒結(jié)Y-ZrO2陶瓷最佳工藝，并揭示其微波燒結(jié)機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明:微波燒結(jié)nY-ZrO2陶瓷過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)入射功率實(shí)現(xiàn)了其微波燒結(jié)制度的有效可控性。微波燒結(jié)nY-ZrO2陶瓷過(guò)程表現(xiàn)出低溫階段SiC輔助加

3、熱為主，高溫階段ZrO2自身?yè)p耗加熱為主，即不同階段選擇性加熱的微波燒結(jié)特性。與純m-ZrO2陶瓷(ZY0)相比，Y2O3穩(wěn)定的ZrO2陶瓷在微波燒結(jié)過(guò)程中需要更高的入射功率和更長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間。
　　微波燒結(jié)成功制備致密的純m-ZrO2陶瓷(ZY0)，其最佳燒結(jié)溫度為1450℃，其對(duì)應(yīng)的致密度和顯微硬度分別達(dá)到99％和4.0GPa。其晶粒細(xì)小而均勻，結(jié)構(gòu)致密。其顯微硬度壓痕邊線出現(xiàn)大量裂紋，表明微波燒結(jié)的純m-ZrO2陶瓷將具有較好

4、的韌性。
　　微波燒結(jié)制備的Y2O3穩(wěn)定的ZrO2陶瓷(ZY3、ZY5、ZY7和ZY9)不能完全致密，而且其致密度隨Y2O3含量的增加呈下降趨勢(shì)。在微波燒結(jié)nY-ZrO2陶瓷過(guò)程中，微波場(chǎng)在升溫階段抑制m-ZrO2→t-ZrO2相變的發(fā)生;而在降溫階段，促進(jìn)t-ZrO2→m-ZrO2相變的發(fā)生。微波場(chǎng)在t-ZrO2→m-ZrO2相變會(huì)引發(fā)微裂紋尖端誘導(dǎo)產(chǎn)生了附加應(yīng)力場(chǎng)，該應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)一步促進(jìn)裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致Y-ZrO2陶瓷的致密度的下降

5、和m-ZrO2含量的增加。使得與常壓燒結(jié)相比，微波燒結(jié)的樣品中其m-ZrO2相含量比較高。由于微波燒結(jié)ZY0樣品過(guò)程，有極少量的t-ZrO2→m-ZrO2相變中的發(fā)生，使得其微波燒結(jié)容易致密。
　　微波燒結(jié)樣品ZY0、ZY3，燒結(jié)溫度達(dá)到1500℃時(shí)，出現(xiàn)晶粒迅速長(zhǎng)大的現(xiàn)象，而ZY5、ZY7和ZY9樣品在1500℃時(shí)迅速長(zhǎng)大的晶粒數(shù)量呈減少趨勢(shì)。相同溫度下微波燒結(jié)nY-ZrO2陶瓷的晶粒尺寸，隨Y2O3含量的增加，同樣呈減小趨勢(shì)。