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氧化铝包覆氧化锆复合粉体的制备及其性能研究

作　者: 田冉冉
导　师: 周竹发
学　校: 苏州大学
专　业: 材料学
关键词: 氧化锆-氧化铝复相陶瓷分散剂表面改性烧结性能
分类号: TB383.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

氧化锆陶瓷具有高熔点、耐腐蚀、耐磨损、低导热等特点,在功能材料和结构材料等方向的应用,引起了世界各国材料科学工作者的高度重视。但是由于其相变特性使得氧化锆陶瓷的应用受到了限制。所以在氧化锆陶瓷中掺杂部分高弹性模量的化合物(例如氧化铝、碳化硅和莫来石等)改善材料的高温性能,从而制备出具有高强度高韧性的氧化锆基陶瓷复相材料。目前研究一般是利用氧化铝氧化锆颗粒直接混合,得到复相陶瓷的粉体,但是这种方法得到的复相陶瓷在烧结过程中出现的晶粒长大问题没有得到改善。而本论文是利用液相法,在氧化锆颗粒表面包覆一层氧化铝的前驱体,烧结后,得到核壳结构的氧化铝包覆氧化锆复相材料,达到抑制氧化锆烧结过程中的晶粒长大的效果,制备出性能良好的氧化锆陶瓷;并创新使用了硅烷偶联剂作为表面改性剂,使包覆效果大大提高。实验首先研究了在不同pH值下加入分散剂改变氧化锆的表面活性,并研究了不同铝盐浓度对包覆效果的影响,通过大量实验以及测试分析得知:使用聚丙烯酰胺(PAM)作为分散剂,在pH为5时,包覆后粒子的Zate电位达到最高。固定体系pH为5,铝盐浓度为0.3 mol/L时,溶液分散性良好,而且氧化锆颗粒表面覆有一层无定形的物质,且这层物质的厚度较为均匀,约为5 nm。样品表面元素分析Al的含量远高于Zr,说明氧化铝成功的包覆在了氧化锆粉体的表面。其次研究了加入硅烷偶联剂对氧化锆颗粒表面进行改性机理和作用,讨论了使用A-151及SCA-603两种偶联剂的用量及铝盐浓度对包覆效果的影响;并采用FT-IR、TEM、EDS等测试手段对对试验样品进行分析并初步分析了偶联剂改性的机理。实验结果表明:使用A-151为氧化锆颗粒的表面改性剂,出现了Si-O-Zr、Si-O-Al的特征峰;当铝盐浓度为0.1 mol/L、A-151加入量为1.0 %时,与其他条件相比较,此时的特征峰最强;使用SCA-603为表面改性剂时,包覆后的粉体的红外谱图中同样出现了Si-O-Zr、Si-O-Al的弱吸收峰,但是较A-151改性后的颗粒弱。在以上基础上,将所得粉体压片后,对复相陶瓷的性能进行了研究比较,得出以下结论:氧化铝颗粒直接与氧化锆混合的复相陶瓷中,烧结过程中晶粒长大比较严重,而且粒径分布较宽;加入分散剂包覆后的复相陶瓷,晶粒长大现象得到些许控制,但粒径分布范围还是在0.2μm~1μm之间;加入偶联剂包覆后的复相陶瓷中,晶粒长大得到了控制,而且粒径分布范围较窄,平均粒径为0.3μm。烧结试验表明,1550℃比较适宜,烧结后样品的性能比氧化铝颗粒直接与氧化锆混合的复相陶瓷都有了提高。

氧化铝包覆氧化锆复合粉体的制备及其性能研究

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