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ZrSiO_4/Al_2O_3复相耐磨陶瓷材料的制备

作　者: 耿铂
导　师: 闫法强
学　校: 山东理工大学
专　业: 材料学
关键词: 硅酸锆 氧化铝 增韧 等静压 莫来石 烧结制度 耐磨损
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


Al2O3陶瓷具有耐高温、耐磨损和耐腐蚀等一系列优良的特征,但其脆性限制了它的应用。所以Al2O3陶瓷的韧化成为近年来陶瓷研究的重要课题之一。本论文研究的主要目的是利用ZrSiO4高温分解产生ZrO2起到复合增韧Al2O3的作用机理来研制复相耐磨陶瓷。本文介绍了Al2O3陶瓷的发展动态及其各种韧化途径,陶瓷材料的磨损机理及影响因素,成型技术和烧结技术的发展现状。采用Al2O3-ZrSiO4高温原位烧结反应原理,制备了ZrO2-SiO2-Al2O3系复相陶瓷。通过不同比例配方和加入不同烧结助剂对样品进行制备、烧结和测试,研究了莫来石（3Al2O3-2SiO2）的生长行为,研究并确立了锆刚玉耐磨材料的组成机理和烧结助剂的助烧机理,利用各种测试手段,对烧成试样的物相组成、显微结构、气孔状况、体积密度及耐磨性进行了测试分析和讨论。为实际的生产应用奠定了可靠的基础。运用X射线衍射（XRD）的θ-2θ扫描对样品进行定性相分析;采用扫描电子显微镜（SEM）观察了样品的表面形貌、断口形貌和磨损面;采用千分尺测量球坯烧结前后的收缩率;采用阿基米德排水法测量了样品的体积密度;采用硬度计测量了样品的硬度;样品的耐磨性通过磨料磨损试验进行了测试。浆料的制备是一个复杂且重要的过程。实验结果表明,当料浆的pH值为8.0,研磨时间为30h时料浆具有最好的粘度和细度。研究了不同组份含量、加入不同烧结助剂以及烧成制度对复相陶瓷力学性能及显微结构的影响。研究结果表明,ZrSiO4在1420℃开始分解为ZrO2和SiO2,其中SiO2在1450℃～1600℃与Al2O3反应生成莫来石。原材料的科学配比、颗粒级配是提高陶瓷材料性能的前提条件,实验得出结论,在Al2O3含量为90%时能得到硬度较高、磨耗最好的烧结体,其硬度为HRA 88,磨耗达到0.14%。当烧结温度为1600℃、保温时间为4h时,ZrSiO4/Al2O3耐磨材料具有最好的耐磨性能,体积密度和压碎强度,分别为磨耗0.14%、体密4.02g/cm3、压碎强度2180N。实验验证了加入0.4（wt）%烧结助剂MgO可有效地降低烧结温度,并且能有效地抑制晶粒生长而得到细晶陶瓷,从而有利于耐磨性的提高。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-29
  1.1 课题来源  8
  1.2 复合陶瓷概述  8-17
    1.2.1 结构陶瓷的研究现状  8-11
    1.2.2 复相陶瓷的研究现状  11-12
    1.2.3 氧化铝基陶瓷的增韧  12-16
    1.2.4 氧化铝/莫来石基复合陶瓷  16-17
  1.3 陶瓷材料磨损机理及影响因素  17-20
    1.3.1 陶瓷材料磨损机理  17-19
    1.3.2 磨损影响因素  19-20
  1.4 成型技术  20-24
    1.4.1 成型技术的发展  20-21
    1.4.2 几类常用的成型技术  21-23
    1.4.3 本课题采用的成型技术  23-24
  1.5 烧结理论和烧结技术  24-27
    1.5.1 烧结技术的研究进展  24-25
    1.5.2 反应烧结制备ZrO_2-Al_2O_3-SiO_2复相陶瓷  25-26
    1.5.3 莫来石陶瓷的其它研究方向  26-27
  1.6 本课题选题意义和研究内容  27-29
    1.6.1 本课题的选题意义  27-28
    1.6.2 本课题的研究内容  28-29
第二章 实验材料及方法  29-33
  2.1 实验材料  29-30
  2.2 实验设备  30
  2.3 试样制备  30-31
  2.4 测试  31-33
第三章 浆料制备  33-37
  3.1 浆料的制备  33
  3.2 结果与讨论  33-36
    3.2.1 pH值对料浆性能的影响  33-34
    3.2.2 球磨时间与浆料粘度的关系  34-35
    3.2.3 研磨时间对浆料颗粒粒度的影响  35-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章 成型压力、组份含量对陶瓷材料性能的影响  37-44
  4.1 成型压力对陶瓷材料性能的影响  37-39
    4.1.1 测试结果  37-38
    4.1.2 分析与讨论  38-39
  4.2 组份含量对复相陶瓷材料性能的影响  39-43
    4.2.1 测试结果  39-40
    4.2.2 分析与讨论  40-43
  4.3 本章小结  43-44
第五章 烧成制度的确定  44-67
  5.1 烧成制度确定的理论基础  44-47
    5.1.1 烧结阶段的划分  44-45
    5.1.2 反应机理  45
    5.1.3 烧结机理  45-46
    5.1.4 烧结制度的理论确定  46-47
  5.2 结果与讨论  47-66
    5.2.1 烧结温度对致密化以及力学性能的影响  48-55
    5.2.2 保温时间的影响  55-58
    5.2.3 烧结助剂的影响  58-63
    5.2.4 反应烧结过程中莫来石的生长机理  63-65
    5.2.5 颗粒弥散增韧原理分析  65-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章 结论  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
攻读硕士期间的科研成果  72

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 生产过程与设备
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