层状复合陶瓷材料制备工艺与性能关系

陈蓓１，２

２重庆大学资源与环境工程学院，重庆

丁培道３程川２

４０００４４；

（１重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆

４０００４４；３重庆大学材料学院，重庆

４０００４４）

摘要通过对Ａｌ：０，／ｚ砌ｚ层状复合陶瓷制备工艺与性能关系的研究，表明配合料的均匀性及流动性对制品的最后性能起关键作用。本实验条件下最佳烧结工艺为：１６５０℃×２ｈ，升温速率１．２℃／ｍｉｎ。该层状陶瓷的抗弯强度随相对密度的提高而提高，硬度和断裂韧性与相对密度关系不大。层状陶瓷较单层陶瓷具有较高的硬度、断裂韧性和强度。

关键词

Ａｌ：Ｏ，／ｚ抑ｚ层状复合陶瓷

工艺

相对密度性能

层状复合陶瓷材料由二层或多层相同和不相同的材料组成，界面可以是强界面结合的，也可以是弱界面结合的ｆ１】。不同层之间弹性模量和线胀系数不同，导致在层与层间产生宏观压（拉）应力，由于表面压应力的存在，对提高材料的表面性能和整体强韧性具有极大的作用【２】。经过设计的层状材料可以具有在特定方向对裂纹的容忍性和不敏感性，包括最具破坏性的表面裂纹。本研究选取ＡｌｚＯ，＋ｚｍｚ为基本组成相，采用强界面结合，干法成型工艺，通过对该层状陶瓷的制备工艺与性能之间的相互关系研究，获得具有较高表面硬

层复合陶瓷制作工艺如图１所示：

圆一医嘲一匦亚姻一臣圈一回一

困一压囊圃一固一臣至亟垂五丕基匠亘三至圃

一圆一匦巫囹

图ｌ

三层复合陶瓷制作工艺

在上述制作工艺中，每一过程都非常重要，都将直接影响制品最后性能。已有研究表明，配合料混合的均匀性，粒度分布大小，形状及粉料流动性好坏，对最后制品性能起关键的作用。因此，严格控制原料制作工艺是获得制品高机械性能的关键。图２为原来手工造粒和机械造粒料流动性对比。

度、耐磨性、耐疲劳眭，同时又具有较高整体强度和断裂

韧性的综合性能的高可靠性，高使用性能的陶瓷材料。

１

实验

根据实际应用要求，设计中间层为厚层，组分是

５％（质量分数，下同）ＡｌｚＯ，＋９５％Ｚ向：（３Ｙ）（以下简称５Ａｌ：Ｏ，），上下表面层为薄层，组分为４５％灿：Ｏ。＋５５％ｚｍ２（３Ｙ）（以下简称４５ＡｌｚＯ，）或３０％Ａ１２０３＋７０％ｚｒｏｚ（３Ｙ）（以下简称３０ＡｌｚＯ，）的对称３层结构。中间层厚度在４。５ｍｍ，表面层厚度在３００～６００灿ｍ之间。

原料选择广州华旺精细化工有限公司提供的３％Ｙ：０，（摩尔分数）稳定的ｚｍｚ粉，其基本性能如表１所

示。

（ａ闷：工造粒

（ｂ）机械造粒

图２手工造粒和机械造粒粉料流动性比较

由图２可以看出，机械造粒料的流动性远好于手工造粒料，这为下一步获得高致密度，低气孔率的制品提供必要的保证。

为了获得表面层极薄（几百微米厚）且均匀的三层夹层结构，本研究采取定量称料，干压成型法，在德国的ＤＯＲＳＴ／ＴＰＡ６双向加压压机上成型，成型压力根据生坯密度控制在３００～３５０ＭＰａ。成型后的生坯根据ＰＶＡ挥发曲线在７００℃以前１５～２０ｈ缓慢排胶处理。

ＡｌｚＯ，微粉纯度达９９．９９％，平均粒度０．５斗ｍ，三

表１

ｚ雨：（３Ｙ）粉的基本组成

！皇鱼

＜．００５

型竺Ｑ

＜Ｏ．００５

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５．４１

Ｏ．８７

＜０．００５＜Ｏ．０２

作者简介：陈蓓（１９６７～），女，博士，副教授．主要从事材料研究工作

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