纳米氧化锆（VK-R30Y3）增韧氧化铝陶瓷材料研究

纳米氧化锆（VK-R30Y3）增韧氧化铝陶瓷材料研究

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1，陶瓷材料的制备方法：

以a-Al2O3粉体（粒径1-2um, 纯度99.99%）为基体，添加相为宣城晶瑞新材料有限公司生产的纳米ZrO2(粒径为30纳米，纯度99.9%)，主晶相为四方相。添加MgO作为助烧剂。纳米氧化锆含量分别为5%，10%，15%，20%，25%进行配料。将纳米粉体分散后，把所有混合液装入球磨罐中球磨48小时，然后将球磨后的复合料在真空干燥箱中干燥，并将干燥后的复合料过200目不锈钢筛。将粉料装入石墨模具中进行热压烧结，烧结温度在1550-1700度，保温时间30分钟，烧结压力为30Mpa。.

结果分析

1材料物相及微观结构分析

在热压烧结温度1600度，保温时间为30min, 烧结压力为30Mpa时，随着纳米ZrO2含量的增加，氧化锆的晶型发生了变化，在A5Z和Z15Z中，全部为四方相，而在A25Z中除了四方相外，还出现少量的单斜相。

图2为A15在不同烧结温度下的XRD图，从图中可以看出，随着烧结温度的升高，A15Z中氧化锆晶型发生了变化。当烧结温度在1600度时，材料中氧化锆晶相全部为四方相，当烧结温度升高到1700度时，材料中氧化锆除了四方相外，还有一定量的单斜相，占氧化锆含量的28%.

图3为材料A5Z，A15Z，A25Z的SEM照片，由图可见，在相同烧结工艺下，当烧结温度为1600度时，随着氧化锆含量的增加，基体晶粒尺寸明细减小，表明氧化锆可以抑制基体氧化铝晶粒长大，且材料的断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂并存。当烧结温度从1600度升高到1700度时，晶粒明显长大。材料的主要断裂方式变成单纯的沿晶断裂。由于晶粒长大，致使部分氧化锆晶粒尺寸超过了相变极限尺寸，部分氧化锆晶粒从烧结温度冷却至室温时已经发生马氏体相变，转变成单斜相。由图中3C可见，当氧化锆含量为25%时，纳米氧化锆粉体团聚加剧，致使烧结体密度偏低，存在明显气孔。材料密度较低，使基体材料对氧化锆晶粒的束缚力偏小，从而降低四方相氧化锆晶粒的稳定性，同样会使氧化锆晶粒在从烧结温度冷却到室温时发生马氏体相变，转成单斜相。

材料力学性能分析

表一为在不同温度下材料A5Z，A10Z，A15Z，A20Z，A25Z的最佳力学性能。随着纳米氧化锆粉体含量的增大，烧结温度降低，这是由于纳米粉体的加入使复合物粉体具有更好的烧结活性。材料的抗弯强度和断裂韧度较纯氧化铝有较大的提高。纳米氧化锆含量在15%时，材料的综合力学性能最佳,抗弯强度766.74MPa,断裂韧度6.13PMa.m1/2, 维氏硬度19.31GPa,远远超过了单相的氧化铝材料。说明纳米氧化锆的加入使材料力学性能大幅提高。