【摘 要】
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结构陶瓷因具有各种优异性能如高强度、高硬度、低密度等而被应用在各种严苛的工作环境中。不仅应用领域十分广泛而且因其耐高温、耐磨损及抗氧化性等性质使其适合在严苛条件下长期服役。然而,陶瓷材料的强度和韧性等力学性能对组织结构具有高度敏感性,尤其是气孔、微裂纹等各种微观缺陷,导致其实际力学性能远低于理论强度。因此,消除材料内部气孔、团聚体、微裂纹等缺陷,抑制晶粒生长并均化晶粒尺寸与形状,是制备高性能结构陶
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结构陶瓷因具有各种优异性能如高强度、高硬度、低密度等而被应用在各种严苛的工作环境中。不仅应用领域十分广泛而且因其耐高温、耐磨损及抗氧化性等性质使其适合在严苛条件下长期服役。然而,陶瓷材料的强度和韧性等力学性能对组织结构具有高度敏感性,尤其是气孔、微裂纹等各种微观缺陷,导致其实际力学性能远低于理论强度。因此,消除材料内部气孔、团聚体、微裂纹等缺陷,抑制晶粒生长并均化晶粒尺寸与形状,是制备高性能结构陶瓷的基本思路。近几年,振荡热压烧结技术(Hot Oscillating Pressing,简称HOP或Oscillatory Pressure Sintering,简称OPS)在高性能氧化锆陶瓷的制备方面取得了一定成果。但对于振荡压力在烧结行为中的作用,还有待于进一步研究。本文采用热压烧结与振荡热压烧结的工艺制备了3YSZ陶瓷材料,研究了振荡热压烧结中不同烧结参数在制备3YSZ陶瓷时对烧结行为的影响,表征了试样的微观结构并测试其力学性能。主要研究工作如下:1、采用振荡热压烧结工艺制备了3YSZ陶瓷,研究烧结温度,保温时间和振荡压力频率等烧结参数对烧结行为的影响。2、研究了烧结参数对制备出的3YSZ试样致密度的影响,研究结果表明仅当烧结温度、烧结保温时间大于临界值时,HOP技术才能增强材料的致密性,在临界温度之上产生了致密化的附加机制,使材料内部产生了塑性变形,最终呈现出更快的致密化速率。3、研究了不同烧结参数对振荡热压烧结中晶粒生长的影响,研究表明HOP技术对晶粒生长的起始温度没有影响,但是抑制了晶粒快速生长阶段的晶粒生长,最终HOP制备氧化锆晶粒平均尺寸为247.8 nm,而HP制备氧化锆晶粒平均尺寸为286.5 nm。这可能是由于振荡压力产生更好的堆积以及更平直的晶界。4、研究了不同烧结参数对制备出的3YSZ试样的抗弯强度、硬度、断裂韧性和弹性模量等力学性能的影响,研究结果表明更高的致密度、更细更均匀的晶粒带来了更高的强度和硬度。除此之外,断裂韧性的提高是由于细晶粒改变了裂纹断裂模式,使穿晶/沿晶混合断裂模式变为沿晶断裂,同时使晶粒均匀化产生了更强的晶界。
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