一、3Y-TZP/mullite-Alumina复合陶瓷的韧性及增韧机制(论文文献综述)
龚江宏[1](2021)在《陶瓷材料脆性断裂的显微结构效应》文中指出本文系统地回顾了自Griffith的经典性工作发表一个世纪以来在陶瓷材料断裂行为方面所取得的研究进展,着重强调了脆性断裂的显微结构效应。
景强[2](2020)在《高性能ZrO2陶瓷制备及机理研究》文中研究表明氧化锆陶瓷以其独特优异的机械性能、生物相容性、美观性、低热导率和高化学稳定性在生物材料中得到了广泛的应用,然而纯氧化锆陶瓷在烧结与冷却过程由于马氏体相变引起的膨胀容易开裂严重影响氧化锆的应用。3mol%氧化钇稳定四方多晶氧化锆陶瓷(3Y-TZP)由于相变增韧机理的存在使其能保持良好的力学性能因而被广泛应用于制作牙冠和固定修复体,但是研究发现3Y-TZP陶瓷的断裂韧性并不能满足实际应用且同时存在低温老化(LTD)现象,因此如何在保持优良力学性能的同时提高3Y-TZP陶瓷的抗老化性能是当前研究的重点。本文以Y2O3、ZrO2、Al2O3、La2O3、YF3、GeO2为原料,通过高能球磨法(HP)分别制备了HP+x(Al2O3)(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25wt%)、3Y-TZP-xYF3(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30,0.4mol%)和3YSZ-xGeO2(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0mol%)三种体系陶瓷材料,同时使用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、拉曼光谱(Raman)、陶瓷弯曲强度试验机、维氏显微硬度计、微控制电子万能试验机等表征并分析了3Y-TZP陶瓷的力学性能及老化性能,最后通过研究相含量的变化来进一步分析氧化锆陶瓷的老化机理。通过高能球磨法制备了3Y-TZP掺杂氧化铝(HP+x wt%(Al2O3))陶瓷,与液相法制备的3Y-TZP掺杂氧化铝(CP+x wt%(Al2O3))陶瓷对比研究了其力学性能和抗老化性能。结果显示HP+x wt%(Al2O3)陶瓷显示出的硬度12.93GPa和断裂韧性9.17MPa m1/2明显高于CP+x wt%(Al2O3)陶瓷,对于HP+x wt%(Al2O3)陶瓷,随着Al2O3掺杂量的增加,HP+0.15wt%(Al2O3))陶瓷显示出了良好的老化性能和力学性能。对3Y-TZP掺杂不同摩尔分数的YF3,研究了不同YF3掺杂量对该体系陶瓷力学性能和老化性能的影响。结果表明,YF3的掺杂对3Y-TZP陶瓷的老化性能和力学性能有显着影响。当YF3的掺杂量保持在合理双相区时(RBR),在这个区域由于T-M(四方相到单斜相转变)占主导地位此时晶粒生长缓慢,3Y-TZP-xYF3陶瓷的力学性能和老化性能得到大幅度提高,当YF3的掺杂量超过0.15mol%进入饱和双相区(SBR)由于T-C(四方相到立方相转变)的影响陶瓷的力学性能和老化性能呈下降趋势。通过固相法制备了3YSZ-xGeO2陶瓷,研究了氧化锗的掺杂对3mol%氧化钇稳定氧化锆(3YSZ)陶瓷力学性能和微观结构的影响,研究结果表明氧化锗的掺杂对3YSZ陶瓷的力学性能有着显着的影响,并且当氧化锗的掺杂量在一定范围内时Ge4+的大量偏析强化了晶界,从而抑制了3YSZ陶瓷晶粒的生长使得强度有了大幅度的提升,同时GeO2的掺杂使得应力作用下该体系陶瓷的残余应力变化率有所提高从而提高断裂韧性。最后研究了相含量对钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷水热老化性能的影响。对掺有0-0.15wt%Al2O3和0-0.4mol%La2O3的3mol%氧化钇稳定氧化锆(3YSZ)和2-8 mol%YSZ的11种陶瓷标准试样在134℃水蒸气中进行了0、5、15、30、60、120和200 h不同时间的老化,用XRD测定了老化后四方相向单斜相(T-M)的转变。结果表明氧化锆陶瓷的老化是因为低温环境下四方相中氧化钇的含量消耗而引起的T-M转变,氧化铝和氧化镧的掺杂抑制了四方相中氧化钇的消耗从而提高了YSZ陶瓷的抗老化性能,同时研究发现3Y-0.15Al-0.2La陶瓷显示出了优异的抗老化性能和高的断裂韧性9.03 MPa m1/2。综上所述,通过高能球磨法制备的3Y-TZP通过掺杂Al2O3、La2O3、YF3、GeO2,能够在不同程度上提高氧化锆陶瓷的力学性能和老化性能,同时研究相含量的变化能够更清晰的阐述老化机理,这对3Y-TZP在牙科陶瓷的应用和未来结构陶瓷的发展提供了重要的依据。
黄雪娟[3](2020)在《Al2O3/ZrO2复合陶瓷的显微结构及力学性能研究》文中研究表明四方多晶氧化锆(TZP)是一种应用非常广泛的陶瓷材料,它具有良好的机械性能及特殊的晶体结构,常被用于制造工程结构部件与工具、医疗器械、数码产品等,尤其是5G时代的到来,智能终端产品——手机对于信号接收的更高要求,使得陶瓷手机背板得到了发展的契机,且目前陶瓷手机背板所用材料为Y-TZP。然而,TZP材料仍存在脆性、稳定性较差等缺点,因此需要从原料组分与制备工艺的角度进一步提高其综合性能,以满足其更深层次的应用于发展。通过复合化即在陶瓷基体中引入第二相,如纳米颗粒、晶须(或纤维)等,可以很大程度上改善TZP材料的断裂韧性。现有研究中常用的有Al2O3颗粒、Al2O3晶须或Si C晶须作为增强相,然而外加纳米颗粒、晶须很难在基体中分散均匀,且晶须的制备工艺复杂、容易产生团聚,影响复合材料的力学性能。在此背景下,本文致力于研究不同Al2O3含量在良好分散状态下对不同稳定剂含量氧化锆基致密化、显微结构及力学性能的影响效果和作用机制,并利用原位生长长棒状晶粒代替外加晶须,对Al2O3/Zr O2复合陶瓷进行改良,以期得到具有优良综合力学性能的陶瓷材料。本研究首先以不同稳定剂含量(2.3 mol%和3 mol%Y2O3)的Zr O2、Al2O3粉末为原料,采用机械混合、常压烧结方法制备了Zr O2基陶瓷复合材料,运用XRD、SEM、EDS等手段对材料的显微结构进行了分析,研究了Al2O3第二相颗粒对Zr O2陶瓷显微组织和力学性能的影响,并探究其强韧化机理。结果表明,2.3Y系列Al2O3/Zr O2复合陶瓷试样的最适烧结温度为1500℃,3Y系列和2.3/3Y系列试样的最适烧结温度为1550℃,适量的Al2O3能促进复合材料烧结致密化。烧结试样抛光表面的m-Zr O2含量随Al2O3含量的增加而降低,且Al2O3能抑制Zr O2晶粒的生长,使得Zr O2晶粒尺寸下降。试样的力学性能受烧成温度和Al2O3含量的双重影响,稳定剂含量为2.3 mol%Zr O2中加入5wt.%Al2O3在1550℃烧结的试样性能最佳,抗弯强度和断裂韧性分别为924±34 MPa和6.2±0.4 MPa·m1/2。试样的断裂模式为以沿晶断裂为主、部分穿晶断裂的混合断裂模式,主要增韧机制为应力诱导相变增韧及裂纹偏转增韧。在此基础上,在复合材料中加入La2O3,La2O3与Al2O3在高温下反应原位生成长棒状La Al11O18。为了探究La2O3对复合材料相组成、显微结构和力学性能的影响,以2.3Y5A为参照,添加0.4 wt.%、0.8 wt.%和1.2 wt.%La2O3,La2O3的有细化晶粒尺寸的作用,氧化锆晶粒尺寸从670 nm下降到535 nm。改良后的复合陶瓷试样抗弯强度有所下降,但断裂韧性都得到了提高,分别为6.1±0.2 MPa·m1/2、6.5±0.1 MPa·m1/2和6.3±0.2 MPa·m1/2,其断裂韧性与断口相变量变化趋势不同,这里长棒状La Al11O18晶粒对裂纹由偏转、桥联及拔出作用,使得断裂韧性增加。进一步探究在La2O3最适添加量下的不同Al2O3含量的Al2O3/Zr O2复合陶瓷中各物相成分比例对复合材料力学性能的影响。断裂韧性随Al2O3与La Al11O18含量的增加而增加,且与不添加La2O3试样相比,其断裂韧性都得到了提高,且增幅逐渐增大,2.3Y20A0.3La获得最大断裂韧性为7.1±0.2 MPa·m1/2,增幅达29%。在Al2O3添加量为10 wt.%以上时,长棒状晶粒引起的裂纹偏转、桥联及晶粒拔出增韧机制对断裂韧性提高占主导地位。
王一鸣[4](2020)在《Al2O3-ZrO2复合陶瓷的结构设计与力学分析》文中进行了进一步梳理陶瓷材料具有低密度、高弹性模量、高硬度以及耐高温性等优良特点,成为未来材料行业重点研究和发展对象。Al2O3-ZrO2复合陶瓷在保留各组分优良特性的基础上实现性能互补,因此力学性能获得有效提升。然而传统弥散型Al2O3-ZrO2复合陶瓷相变增韧产生的大量微裂纹导致材料整体结构的破坏,很难实现强度与韧性的同时提升。目前,合理的结构设计是改善这一现象的有效途径之一,并且研究不同结构的复合陶瓷力学性能差异,可以为合理的结构设计提供基础理论依据,从而制备出力学性能优异的复合结构陶瓷。本论文设计提出三维网络Al2O3-ZrO2复合陶瓷和层状Al2O3-ZrO2复合陶瓷两种不同复合结构,探究结构设计对复合结构陶瓷的力学性能影响,特别关注Al2O3-ZrO2复合陶瓷在断裂时裂纹的扩展、偏转情况,以及Al2O3-ZrO2复合陶瓷内部缺陷对裂纹的形成、偏转和力学性能的影响。三维网状Al2O3-ZrO2复合陶瓷由三维网络基体和二次相填充体分两步构建完成,实验探究不同组分配比、海绵孔径尺寸、填充量以及烧结工艺对三维网络Al2O3-ZrO2复合陶瓷孔隙率、相对致密度、力学性能以及裂纹扩展的影响。结果表明,以Al2O3作为三维网络基体框架原料,填充85%ZrO2+15%Al2O3(ATZ)浆料,经过真空热压烧结制备的三维网络Al2O3-ZrO2复合陶瓷内部结构发生较大形变,形成三维Al2O3不规则块状镶嵌结构,界面具有较高的结合强度,对于裂纹的偏转、分散以及能量消耗十分有限,平均抗折强度仅为266.47MPa,相对致密度为98.3%。但连续三维ATZ相仍具有良好的形变能力,将局部与整体联系在一起,使三维网状Al2O3-ZrO2复合陶瓷形变能力明显大于弥散型Al2O3-ZrO2复合陶瓷,并且断裂韧性达到传统弥散型Al2O3-ZrO2复合陶瓷标准,为3.24MPa·m1/2。表明三维网络结构设计可有效实现材料的增强增韧,但受限于工艺条件而未达到设计要求。采用辊压方式制备不同厚度(120μm-180μm)Al2O3基体层,并在Al2O3基体层表面喷涂厚度为10μm ZrO2界面层,通过常规烧结获得层状Al2O3-ZrO2复合陶瓷。研究不同厚度Al2O3基体层形成的层状Al2O3-ZrO2复合陶瓷力学性能变化。借助电子扫面显微镜(SEM)、加载载荷曲线以及工业CT分析层状Al2O3-ZrO2复合陶瓷在失效过程中裂纹的扩展情况,并得出裂纹扩展与材料强韧化机理之间的相互关系。结果表明,当Al2O3基体层厚为120μm时,1500℃无压烧结形成的层状复Al2O3-ZrO2合陶瓷力学性能优良,其抗折强度为426.63MPa,断裂韧性为6.18 MPa·m1/2。但由于较薄的ZrO2以及层间较高的结合强度,材料在断裂过程中裂纹未能在层间界面发生较大的偏转,断面整齐且平整,表现为脆性断裂。通过浸涂方法在Al2O3基体层与ZrO2界面层之间引入石墨,烧结过程中石墨分解可有效弱化层状Al2O3-ZrO2复合陶瓷层间结合强度。结果表明,石墨浆料固含量为0.5wt%时,层状Al2O3-ZrO2复合陶瓷平均相对致密度为94.3%,平均抗折强度为343.78MPa,平均断裂韧性可达7.11 MPa·m1/2。材料在断裂过程中,裂纹在层间发生较大的偏转以及分散,增加裂纹的扩展路径和能量消耗,材料表现为韧性断裂。分析得出结论,影响层状Al2O3-ZrO2复合陶瓷的抗折强度与层厚比和界面残余应力有关,裂纹的偏转以及分散与层间结合强度有关,断裂韧性则与材料断裂过程所消耗的总能量以及弹性模量有关。
曾招余波[5](2019)在《多元协同增韧氧化锆基陶瓷的制备工艺及强韧化机理研究》文中认为由于具有理想的强度和断裂韧性的配合、较好的耐腐蚀性和耐磨性,基于应力诱导四方相至单斜相(t→m)相变增韧的3Y-TZP陶瓷作为结构陶瓷得到了广泛的工程应用。但是在长时间水热环境下,3Y-TZP的老化即自发的相变失稳会显着降低材料的力学性能。同时,相变对温度的敏感性使得3Y-TZP在高温下不可用。利用Ce4+与Y3+共稳定氧化锆能较好地解决这些问题,但Ce4+的掺杂会使晶粒粗化而弱化性能。本文以抗老化性和力学性能较好的1.5 mol.%Y2O3+5.5 mol.%CeO2共稳定氧化锆为基础,通过添加0.1-0.3 mol.%的微量La2O3,调控t→m相变及细化晶粒,并通过非相变亚稳定t’相的形成,引入铁弹性畴转变和应力诱导相变协同增韧机制,以实现陶瓷的强韧化,同时保证其高温性能。此外,在相变增韧的基础上,引入热还原石墨烯外部增韧相,并对相应的增韧机理进行了分析。为了研究稀土稳定剂含量、分布和微量La2O3的添加对氧化锆显微组织和力学性能的影响,通过共沉淀法、球磨法和涂覆法分别制备了稀土元素分布不同的3Y-TZP、Ce-Y和Ce-Y-La共稳定氧化锆陶瓷。同时对其高温相稳定性及摩擦磨损特性等性能进行了评价。结果表明,共沉淀、涂覆和球磨氧化锆所需四方相稳定化温度依次增高。La3+的晶界析出改变了晶内和晶界的氧空位浓度分布,并引起了随后Ce4+/Ce3+之间的氧化还原反应,加之晶粒尺寸的改变和晶界缺陷对的存在使不同La3+掺杂量的氧化锆的四方相稳定性出现差异。微量La2O3的掺杂能够促进氧化锆的高温致密化过程,从而提高陶瓷致密度。在晶粒生长过程中,La3+对晶界的钉扎产生显着的晶粒细化效应。经1600℃烧结后,G1.5Y5.5Ce0.3La氧化锆的平均晶粒直径为1.05μm,比G1.5Y5.5Ce减小约33.5%,仅比G3Y-TZP大约6%。C1.5Y5.5Ce0.3La的平均晶粒直径相比G1.5Y5.5Ce0.3La减小约16.2%。在固溶度范围内,少量La2O3的添加还有利于Ce-Y共稳定氧化锆力学性能的提高。经1600℃烧结2 h后,G1.5Y5.5Ce0.3La、C1.5Y5.5Ce0.3La和Q1.5Y5.5Ce0.3La的硬度分别达1202.7 HV10、1091.7 HV10和1080 HV10,断裂韧性分别达7.92 MPa·m1/2、10.16MPa·m1/2和10.43 MPa·m1/2,均比相同工艺制备的Ce-Y共稳定氧化锆显着提高。对于具有与C3Y-TZP相近的应力诱导相变率的C1.5Y5.5Ce0.3La,由于晶粒细化而加强的铁弹性畴转变增韧赋予其更高的断裂韧性。C1.5Y5.5Ce0.3La的断裂韧性比C1.5Y5.5Ce提高24.8%。分别比G3Y-TZP和C3Y-TZP提高78.9%和23.5%。稀土元素的不均匀分布使氧化锆的相变敏感性增大,分别通过共沉淀法、涂覆法及球磨法制备的氧化锆的断裂韧性随稀土元素非均匀分布程度增大而依次升高。增韧机制由3Y-TZP的应力诱导相变增韧机制向t→m相变和铁弹性畴转变协同增韧机制改变。G1.5Y5.5Ce0.3La、C1.5Y5.5Ce0.3La和Q1.5Y5.5Ce0.3La的抗弯强度分别达917.5 MPa、740.6 MPa和883.4MPa,分别比同工艺制备的Ce-Y共稳定氧化锆提高4%、23.1%和12.5%,细晶强化是其主要的强化机制。微量La2O3的添加有利于Ce-Y共稳定氧化锆高温相稳定性的提高。经1482℃热处理192 h后,采用上述各工艺所制备的3Y-TZP都出现了严重的相变失稳,而G1.5Y5.5Ce0.3La和C1.5Y5.5Ce0.3La表现出极高的高温相稳定性。尽管力学性能较高,球磨氧化锆基本不具备高温应用潜力。摩擦磨损特性研究表明,涂覆氧化锆较共沉淀法和球磨法所制备的氧化锆的耐磨性更好,塑性变形和剥层是稀土稳定氧化锆陶瓷的主要磨损机制。此外,通过液相法制备了氧化石墨烯(GO)分散均匀的GO/3Y-TZP混合粉体,利用SPS制备了原位热还原及预还原石墨烯增韧氧化锆陶瓷。氧化石墨烯在烧结过程中可以得到较好的原位热还原,所获得的IrGO层数较少且分散均匀。IGZ0.09的断裂韧性从3Y-TZP的6.07 MPa·m1/2提高到10.64 MPa·m1/2,而rGZ的断裂韧性相比更低,为7.12MPa·m1/2。进一步增加GO含量会导致IrGO层数增多而降低陶瓷断裂韧性。晶粒细化使得其硬度略有升高,其中,IGZ0.09和rGZ0.09陶瓷的硬度分别为1343.3 HV10和1361.5HV10。IGZ比rGZ和3Y-TZP具有更高的断裂韧性,除常规的增韧机制之外,这与IrGO和基体间形成的C-O-Zr键有关。少量rGO或IrGO的存在使3Y-TZP陶瓷的摩擦系数稍有增加,而耐磨性却显着增加,IGZ0.5的耐磨性相比3Y-TZP提高80%。由于具有更好的界面结合,原位热还原石墨烯比预还原石墨烯使氧化锆具有更好的耐磨性。
孟凡[6](2019)在《氧化锆/氧化铝晶须复合材料的制备及强韧化机理研究》文中进行了进一步梳理四方多晶氧化锆(TZP)是一种应用非常广泛的陶瓷材料,它具有良好的机械性能、特殊的晶体结构以及优异的生物相容性,常被用于制造工程结构部件与工具、3C智能终端与智能穿戴产品、以及生物材料等。然而,TZP材料仍存在脆性大、抗水热老化性能较差等缺点,因此需要从原料组分与制备工艺的角度进一步提高其综合性能,以满足其更深层次的应用与发展。通过引入氧化铝晶须(Aw)的方式,可以很大程度上改善TZP材料的断裂韧性,但现有研究存在晶须引入工艺复杂、分散性不佳、长径比单一等诸多问题,且未对TZP稳定剂体系进行相关探讨,因此制约了氧化铝晶须强韧化氧化锆复相材料(TZP/Aw)的产业化发展。在此背景下,本论文致力于研究不同长径比及良好分散状态下,氧化铝晶须对不同稳定剂体系氧化锆基体致密化过程、显微结构演化过程、以及机械性能的影响效果与作用机制,从理论及应用的角度,拓展与丰富对TZP/Aw复相材料的认知水平。本课题首先通过“解团聚-除杂质-促分散”的优化工艺路线,对氧化铝晶须的分散及形貌学特征等进行了探索,在综合运用空间位阻效应与双电层理论的基础上,实现了氧化铝晶须在TZP基体中的良好分散与长径比精准调控。其次,通过对烧结工艺的优化,制备出不同长径比下的氧化铝晶须强韧化铈稳定四方多晶氧化锆材料(Ce-TZP/Aw),并针对其致密化行为、显微结构演变和力学性能开展研究。结果表明,氧化铝晶须的存在会降低Ce-TZP基体的烧结性能,当晶须长径比越大时,这种抑制作用越明显;随着晶须长径比的降低,复相材料基体晶粒的生长趋势减弱;晶须长径比对于材料断裂韧性、弯曲强度和相变程度的影响,具有相同的变化趋势,在晶须长径比大约为12时,韧性和强度达到最佳,分别为11.4±0.2 MPa·m1/2和475±12 MPa,这表明应力诱导相变是Ce-TZP/AW复合材料的主要强韧化机理。在此基础上,本课题使用形貌学优化后的三种不同长径比氧化铝晶须,分别制备出3Y-TZP/Aw与12Ce-TZP/Aw复相陶瓷,进一步研究了不同稳定剂体系下,氧化铝晶须对TZP基体烧结制备过程与强韧化效果的影响差异。结果表明,相对于12Ce-TZP/Aw,3Y-TZP/Aw烧结过程中不会由于氧化铝晶须的引入而产生液相,且3Y-TZP/Aw断裂时不发生应力诱导相变,其增韧机制主要为氧化铝晶须导致的裂纹偏转、桥接和晶须拔出,因此韧性随晶须长径比的降低而升高,最高可达9.35±0.36 MPa·m1/2,晶须增韧效果显着。本课题研究深化了对不同稳定剂体系TZP陶瓷材料的认知,拓展与丰富了氧化物晶须第二相对TZP陶瓷强韧化改性的基础理论,优化了晶须材料的处理工艺与复相材料的制备工艺。因此,本课题具有巨大的科学意义与应用价值。
王丽媛[7](2019)在《基于改良SEVNB法铈稳定氧化锆增韧氧化铝陶瓷断裂韧性及相变增韧的研究》文中指出应力诱导相变增韧和微裂纹增韧是ZTA复相陶瓷材料的两种主要增韧机制,对于不含稳定剂的ZTA材料,微裂纹增韧是材料韧性提高的主要机制,对于含稳定剂的ZTA材料,应力诱导相变增韧是材料韧性提高的主要机制,而且二者能够叠加共同增韧材料。因此这两种增韧机制对提高ZTA陶瓷材料韧性的作用一直广受研究者们的关注,而准确、可靠的断裂韧性值是客观分析ZTA陶瓷材料中增韧机理及其增韧效果的重要基础,现行用于韧性测试的方法有着诸多的缺点:测试结果偏大、不稳定以及制样困难等。本课题将利用飞秒激光加工获得切口尖端半径小于0.5 μm的超尖V型切口,用以改良SEVNB法对Ce-ZTA材料的真实断裂韧性的测试,并基于测试结果评价不同氧化铈、氧化锆掺杂含量以及晶粒尺寸等因素对Ce-ZTA试样材料的真实断裂韧性的影响,深入研究氧化锆的相变增韧对复相Ce-ZTA材料断裂韧性提高的贡献大小,同时总结对比了不同材料间SENB法测量韧性值相对误差的差异,研究了相对误差变化的原因及规律。为了研究氧化铈、氧化锆掺杂含量对Ce-ZTA试样中的断口相变量、氧化锆相变增韧作用以及试样真实断裂韧性的影响,制备了六种不同氧化铈、氧化锆含量的铈稳定氧化锆增韧氧化铝测试试样,测试结果得到试样8D-80、10D-80、12D-80、8D-85、10D-85、12D-85在韧性测试中断口氧化锆的相变量体积分数分别为12.3%、5.0%、3.8%、8.0%、4.0%、2.9%;真实断裂韧性分别为 5.2±0.1 MPa·m1/2、4.9±0.1 MPa·m1/2、4.3±0.1 MPa·m1/2、5.2±0.1MPa·m1/2、5.7±0.1MPa·m1/2、4.4±0.1 MPa·m1/2,实验结果表明:Ce-ZTA试样中氧化锆的相变增韧及微裂纹增韧两种机制叠加作用、共同提高复相Ce-ZTA材料的断裂韧性,其中韧性最高的试样10D-85相对于纯氧化铝的真实断裂韧性(3.94±0.13MPa·m1/2)提高了 45%。为了研究晶粒尺寸对Ce-ZTA试样中氧化锆相变增韧及材料真实断裂韧性的影响,以试样8D-80为参照,通过改变试样的材料组成及基体氧化铝的原料分别制备了另外两种试样:8D-90、8S-80,试样8D-80、8S-80、8D-90的Zr02平均晶粒尺寸分别为0.37 μμm、0.57 μm、0.42 μm,Al2O3平均晶粒尺寸分别为0.69 μm、1.28 μm、1.01μm;相变量体积分数相变量体积分数分别为12.3%、3.7%、9.8%;真实断裂韧性分别为5.2±0.1 MPa·m1/2、3.8±0.1MPa·m1/2、4.9±0.1MPa·m1/2。改良 SEVNB 法及 SENB 法的测试结果均表明Ce-ZTA试样的断口氧化锆相变量随晶粒尺寸的增加而减少,其真实断裂韧性主要随ZrO2平均晶粒尺寸的减小而增大,受Al2O3晶粒尺寸影响则较小。最后为了探究引起不同材料间SENB法测量韧性值相对误差的差异的原因,对多种陶瓷试样的SENB法测量韧性值的相对误差、改良SEVNB法及SENB法测试下的断口相变量体积分数做了统计分析,归纳了相对误差变化的原因及规律,实验结果表明:SENB法测量韧性的相对误差值跟试样在SENB法和改良SEVNB法下的断口相变量体积分数的差值有关。本实验采用可准确测试细晶陶瓷材料断裂韧性的改良SEVNB法测试表征了多个组分下Ce-ZTA材料的真实断裂韧性,研究了氧化铈、氧化锆掺杂量及晶粒尺寸对Ce-ZTA试样材料的真实断裂韧性的影响,实验结果对了解复相Ce-ZTA材料中氧化锆的相变增韧具有重要的参考意义。其次,归纳分析了不同材料的SENB法相对于真实断裂韧性的误差变化的规律及来源,对进一步了解改良SEVNB法测试材料断裂韧性的可靠性有重要的意义。
张应祥[8](2019)在《新型氧化锆陶瓷手术刀具材料的制备工艺与组织性能》文中认为应力诱导亚稳态四方相至单斜相转变(t→m相变)所产生的相变增韧效应是高韧性氧化锆结构陶瓷的应用基础。为了提高相变增韧效果,常用稀土材料将中温四方相氧化锆(t-ZrO2)稳定至室温。其中,3mol.%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷(3Y-TZP)由于具有理想的强度和较高的韧性而被重点关注。然而,利用传统共沉淀法制备稀土稳定氧化锆粉体存在工艺流程繁复、生产效率低等缺点。此外,3Y-TZP在水热或潮湿环境中存在自发的t→m相变失稳,致使断裂韧性、抗弯强度等力学性能显着降低,不利于其在医疗刀具领域的应用。制备Ce4+、Y3+共稳定氧化锆被证明是兼顾力学性能的同时抑制甚至消除水热老化的有效途径。因此,探索和优化粉体制备工艺、制备高性能Ce-Y共稳定氧化锆陶瓷具有重要的学术意义和应用价值。以稀土硝酸盐、纳米单斜相氧化锆粉体为原料,利用新型涂覆法分别制备了3mol.%Y2O3稳定氧化锆粉体(3Y-ZrO2)和1.5mol.%Y2O3-5.5mol.%CeO2共稳定氧化锆粉体(1.5Y5.5Ce-ZrO2)。优化了粉体制备工艺,结合冷等静压及常压烧结工艺,系统地探讨了其烧结过程中的致密化及晶粒长大过程。对不同烧结温度与保温时间所制备的3Y-ZrO2和1.5Y5.5Ce-ZrO2的致密度及显微组织进行了分析,研究了Y3+、Ce4+共掺杂对氧化锆的维氏硬度、断裂韧性等力学性能的影响。在此基础上,优化了涂覆氧化锆的烧结工艺参数,最终获得了高性能的Ce-Y共稳定氧化锆陶瓷。XRD结果表明,经800℃煅烧2h后,利用涂覆法获得的稀土/氧化锆复合粉体主要由单斜相氧化锆(m-ZrO2)组成。随烧结温度自1450℃升高至1600℃,烧结体中m相含量逐渐减少。3Y-ZrO2及1.5Y5.5Ce-ZrO2的四方相完全稳定温度分别为1600℃和1550℃。二元Ce-Y共掺杂较一元Y3+掺杂展现出更强的稳定效果。稀土含量及其分布对晶粒尺寸大小影响明显,非均匀的稀土离子分布造成晶粒粒度分布宽化。Ce4+的掺杂增大了平均晶粒尺寸,弱化了尺寸效应对t→m相变的抑制。因此,1.5Y5.5Ce-ZrO2展现更高的断裂韧性。经优化的工艺参数(烧结温度1550℃、烧结时间2h)烧结后,其维氏硬度、断裂韧性、抗弯强度分别达到:9.41GPa、8.06MPa·m1/2、688.23Mpa,断裂韧性和抗弯强度较3Y-ZrO2分别提高了26.33%、72.38%,维氏硬度较3Y-ZrO2下降了6.27%。为解决由Ce4+掺杂导致的粉体烧结性差的问题,分别添加0.5wt.%、1.0wt.%、1.5wt.%、2.0wt.%的TiO2、MgO作为烧结助剂。在添加0.5wt.%的MgO后,复合陶瓷的致密度和维氏硬度较1.5Y5.5Ce-ZrO2提升了3.43%和22.95%,但断裂韧性下降至不足7MPa·m1/2。采用流延成型法制备了商业3Y-TZP氧化锆坯体和自制1.5Y5.5Ce-ZrO2坯体,分别比较它们在最优烧结制度下的致密度、维氏硬度、断裂韧性和摩擦磨损性能,并检测了自制1.5Y5.5Ce-ZrO2陶瓷的生物相容性,确定了以1.5Y5.5Ce-ZrO2作为制备医用手术刀具的材料。
宋艳军[9](2018)在《电气石矿物微粒强韧氧化锆陶瓷的性能研究》文中提出氧化锆(ZrO2)陶瓷因具有高强度、高韧性、高硬度及生物相容性好等优点,已广泛应用于齿科修复领域。但常用的相变增韧ZrO2陶瓷在极潮湿的口腔等复杂的生物体内服役时,因长期承受咀嚼力、温度的频繁变化易导致失效断裂,因此如何提高功能性ZrO2陶瓷力学及服役性能已成为目前材料科学研究的热点课题。针对该问题,本工作首次以具有优异的远红外发射性能的天然电气石矿物微粒为增强相,以3 mol%氧化钇-氧化锆(3Y-TZP)为基体,制备了3Y-TZP/电气石复合陶瓷,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)等对其微观结构进行表征。研究了电气石对ZrO2陶瓷力学性能、功能性及服役老化性能的影响,并探讨了电气石对老化前后ZrO2陶瓷的强韧化机理。(1)3Y-TZP/电气石复合陶瓷的制备及结构研究。在氧化锆基体中添加不同含量的电气石,并通过无压烧结工艺制备3Y-TZP/电气石复合陶瓷。研究发现该复合陶瓷的结构主要是由四方相(t)ZrO2、莫来石、氧化硅及氧化铝组成,且电气石的加入易于氧化锆陶瓷烧结。(2)电气石矿物微粒的加入可提高氧化锆陶瓷的力学性能,且当电气石添加量为2 wt%、烧结温度为1300℃时,复合陶瓷具有最优的力学性能,其中硬度为1.341 GPa、弯曲强度为826 MPa及韧性为10.53 MPa·m1/2。通过结构表征、物相分析发现该力学性能的提高归因于电气石在高温过程中形成了莫来石、氧化硅等物质。(3)电气石矿物微粒可提高氧化锆陶瓷的远红外发射率及表面能。研究发现当电气石添加量为2 wt%时,3Y-TZP的红外发射率提高了6.44%、表面能提高了17.46%。该复合陶瓷功能性的提高是因为电气石高温后形成了Si-O、Al-O、B-O等活化键。(4)以3Y-TZP及具有以上最优性能(电气石添加量为2 wt%)的3Y-TZP/电气石复合陶瓷为研究对象,考察了其老化行为,结果发现电气石的加入可提高3Y-TZP的服役性能。主要原因是电气石高温过程中形成的莫来石等可抑制基体发生相变及陶瓷表面晶粒析出,从而有效地减缓3Y-TZP老化行为,起到防韧性老化的作用。
朱东彬,宋艳军,梁金生,张晓旭,楚锐清,吴民强[10](2018)在《齿科用氧化锆陶瓷韧性研究进展》文中研究说明氧化锆陶瓷具有高强度、高韧性、高硬度、耐磨损、生物相容性好等优点,广泛应用于齿科修复。但氧化锆陶瓷相变增韧会缩短其服役寿命,尤其在极潮湿的口腔唾液等复杂的生物化学条件下,因承受咀嚼力、温度的频繁变化,而导致其失效断裂。本文概述了氧化锆陶瓷在齿科修复领域的应用研究进展,总结了氧化锆陶瓷的增韧机理以及常用齿科氧化锆陶瓷的研究现状,并对临床服役中氧化锆陶瓷的韧性老化现象进行分析,总结了韧性老化机理及其预防措施和方法。随着齿科氧化锆陶瓷综合力学性能的提高以及健康功能化的未来需求,其在生物医用领域的应用将会越来越广泛。
二、3Y-TZP/mullite-Alumina复合陶瓷的韧性及增韧机制(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、3Y-TZP/mullite-Alumina复合陶瓷的韧性及增韧机制(论文提纲范文)
(1)陶瓷材料脆性断裂的显微结构效应(论文提纲范文)
1断裂的能量平衡理论 |
2显微结构缺陷及其对强度的影响 |
2.1 Griffith微裂纹理论 |
2.2陶瓷材料中常见的本征裂纹 |
2.2.1气孔导致的本征裂纹 |
2.2.2夹杂导致的本征裂纹 |
2.2.3内应力导致的本征裂纹 |
2.3本征裂纹尺寸与显微结构的关系 |
2.4表面接触损伤 |
2.4.1表面接触损伤的一般性描述 |
2.4.2机加工导致的表面接触损伤 |
2.5断裂强度的统计性质:Weibull分布 |
2.5.1 Weibull分布函数 |
2.5.2断裂强度的统计性质 |
3断裂力学基础 |
3.1机械能释放率与应力场强度 |
3.1.1机械能释放率 |
3.1.2应力场强度 |
3.2断裂力学测试技术:切口试样 |
3.2.1单边切口梁技术及切口钝化效应 |
3.2.2 V形切口试样 |
3.2.3其他形状切口试样 |
3.3压痕裂纹及其断裂力学分析 |
3.3.1压痕裂纹的几何形貌 |
3.3.2压痕裂纹尖端的残余应力场 |
3.3.3压痕裂纹在外力作用下的扩展 |
3.4裂纹的稳态扩展与断裂判据 |
4裂纹前缘的几何扰动 |
4.1均匀连续介质中的裂纹偏转 |
4.2穿晶裂纹扩展与沿晶裂纹扩展 |
4.3两相材料中的裂纹扩展 |
4.4层状陶瓷中的裂纹扩展 |
5当断裂力学遇到显微结构 |
5.1两个典型的强度实验 |
5.1.1 Hoshide实验:本征缺陷 |
5.1.2 Lawn实验:压痕裂纹 |
5.1.3显微结构驱动力 |
5.2断裂韧性是一个材料常数吗? |
5.3裂纹尖端的屏蔽效应 |
5.3.1 Knehans-Steinbrech实验 |
5.3.2 Al2O3陶瓷中的晶粒桥接 |
5.3.3 Mai-Lawn晶粒桥接模型 |
5.3.4裂纹尖端屏蔽效应及其实验测定 |
6陶瓷的增韧 |
6.1桥接区增韧 |
6.1.1纤维/晶须增韧陶瓷基复合材料 |
6.1.2颗粒增强陶瓷材料 |
6.2过程区增韧 |
6.2.1过程区增韧的一般性描述 |
6.2.2相变增韧 |
7裂纹扩展阻力曲线 |
7.1裂纹扩展阻力曲线的测定 |
7.1.1切口技术 |
7.1.2压痕裂纹技术 |
7.2裂纹扩展阻力曲线的数学描述 |
7.3裂纹扩展阻力的离散性 |
8结束语 |
(2)高性能ZrO2陶瓷制备及机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 文献综述 |
1.1 引言 |
1.2 氧化锆基陶瓷材料概述 |
1.2.1 氧化锆的结构 |
1.2.2 氧化锆的稳定化处理 |
1.2.3 相变增韧 |
1.2.4 氧化锆陶瓷材料的制备方法 |
1.3 TZP陶瓷的研究现状 |
1.3.1 力学性能 |
1.3.2 老化性能 |
1.4 研究目的和内容 |
2 实验内容及测试方法 |
2.1 实验原料与仪器 |
2.2 样品制备 |
2.3 测试分析方法 |
2.3.1 物相组成(XRD)及相含量 |
2.3.2 微观形貌(FE-SEM) |
2.3.3 密度 |
2.3.4 抗弯强度 |
2.3.5 维氏硬度 |
2.3.6 断裂韧性 |
2.3.7 老化性能 |
2.3.8 残余应力 |
3 掺杂Al_2O_3对3Y-TZP陶瓷老化性能和力学性能的影响 |
3.1 实验内容 |
3.2 实验结果与分析 |
3.2.1 物相结构 |
3.2.2 微观形貌及其力学性能 |
3.2.3 老化性能 |
3.2.4 讨论 |
3.3 小结 |
4 掺杂氟化钇对3Y-TZP陶瓷老化性能和力学性能的影响 |
4.1 实验内容 |
4.2 实验结果与分析 |
4.2.1 物相结构 |
4.2.2 微观形貌 |
4.2.3 力学性能 |
4.2.4 老化性能 |
4.3 小结 |
5 GeO_2/Y_2O_3 共稳定ZrO_2陶瓷的制备及力学性能研究 |
5.1 实验内容 |
5.2 实验结果与分析 |
5.2.1 物相结构 |
5.2.2 微观形貌及其力学性能 |
5.3 小结 |
6 相含量的变化对YSZ陶瓷老化性能和力学性能的影响 |
6.1 实验内容 |
6.2 实验结果与分析 |
6.2.1 Y_2O_3含量对YSZ陶瓷老化动力学的影响 |
6.2.2 氧化铝和氧化镧的掺杂量对低温降解的影响(LTD) |
6.2.3 讨论 |
6.3 小结 |
结论 |
参考文献 |
在校研究成果 |
致谢 |
(3)Al2O3/ZrO2复合陶瓷的显微结构及力学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 氧化锆陶瓷的研究进展 |
1.2.1 ZrO_2的结构及性能 |
1.2.2 氧化锆陶瓷的增韧研究进展 |
1.3 氧化锆基复合陶瓷材料的研究进展 |
1.3.1 氧化锆基复相材料的种类 |
1.3.2 第二相对氧化锆基体的影响机制 |
1.4 Al_2O_3/ZrO_2 复合陶瓷材料的制备 |
1.5 Al_2O_3/ZrO_2 复合陶瓷结构与性能间的影响 |
1.5.1 相组成的影响 |
1.5.2 原料成分对烧成的影响 |
1.5.3 加入量的影响 |
1.6 研究目的与意义 |
1.7 研究的主要内容 |
第二章 实验内容和测试及表征方法 |
2.1 引言 |
2.2 实验原料 |
2.2.1 实验原料和化学试剂 |
2.2.2 原料Al_2O_3粉体 |
2.2.3 原料ZrO_2粉体 |
2.3 实验仪器与设备 |
2.4 试样的制备 |
2.4.1 实验技术路线 |
2.4.2 氧化铝/氧化锆复合材料样品的制备流程 |
2.5 测试与表征 |
2.5.1 体积密度测试 |
2.5.2 X射线衍射分析(XRD) |
2.5.3 扫描电子显微镜分析(SEM) |
2.5.4 透射电子显微镜分析(TEM) |
2.5.5 X射线能量色散谱分析(EDS) |
2.5.6 显微硬度测试 |
2.5.7 三点抗弯强度测试 |
2.5.8 断裂韧性测试 |
第三章 氧化铝的添加量对不同Y_2O_3含量氧化锆的性能影响 |
3.1 引言 |
3.2 性能测试与表征 |
3.2.1 体积密度与致密度 |
3.2.2 XRD衍射分析 |
3.2.3 表面显微结构 |
3.2.4 力学性能分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 La_2O_3对Al_2O_3/ZrO_2 复合陶瓷材料性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 La_2O_3 的添加量对ZAC力学性能的影响 |
4.2.1 性能测试与表征 |
4.2.2 增韧机理的探究 |
4.3 本章小结 |
第五章 相组成比例对Al_2O_3/ZrO_2 复合陶瓷材料性能的影响 |
5.1 引言 |
5.2 性能测试与表征 |
5.2.1 体积密度 |
5.2.2 XRD测试 |
5.2.3 表面形貌分析 |
5.2.4 力学性能测试 |
5.3 本章小结 |
结论 |
展望 |
参考文献 |
攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(4)Al2O3-ZrO2复合陶瓷的结构设计与力学分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 文献综述 |
1.1 引言 |
1.2 Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷 |
1.2.1 Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷简介 |
1.2.2 Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷研究现状 |
1.2.3 Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷的增韧机制 |
1.2.4 Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷的优势及其应用 |
1.2.5 Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷存在的问题以及研究思路 |
1.3 复合陶瓷的结构设计 |
1.3.1 复合陶瓷结构类型 |
1.3.2 复合陶瓷设计原则 |
1.3.3 复合陶瓷结构设计原则 |
1.4 高强高韧复合陶瓷 |
1.4.1 复合陶瓷强韧化方法 |
1.4.2 高强高韧复合陶瓷研究进展 |
1.5 本课题所提出的复合陶瓷设计 |
1.6 主要研究的目的、意义及研究内容 |
1.6.1 主要研究的目的、意义 |
1.6.2 主要研究内容 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验原料及设备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验仪器及设备 |
2.2 三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的制备 |
2.2.1 实验设计 |
2.2.2 制备流程 |
2.2.3 三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的成型 |
2.3 层状Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的制备 |
2.3.1 实验设计 |
2.3.2 层状复合陶瓷制备及成型 |
2.4 Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的烧结 |
2.4.1 三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的烧结 |
2.4.2 层状Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的烧结 |
2.5 性能测试及表征方法 |
2.5.1 试样体积密度、吸水率和孔隙率 |
2.5.2 试样抗折强度测试 |
2.5.3 试样断裂韧性测试 |
2.5.4 扫描电子显微镜分析(SEM) |
2.5.5 原子力显微镜(AFM) |
2.5.6 工业CT |
第三章 三维网络结构设计对Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷力学性能及断裂机制的影响 |
3.1 三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的制备及工艺优化 |
3.1.1 不同组成成分对三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的致密化影响 |
3.1.2 不同孔径海绵对三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷致密化影响 |
3.1.3 填充次数对三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷致密化影响 |
3.1.4 烧结工艺对三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷致密化影响 |
3.2 三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的力学性能及断裂机制 |
3.2.1 制备工艺对三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷力学性能的影响 |
3.2.2 三维网络Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的微观结构对裂纹扩展的影响 |
3.2.3 三维网络设计对Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的断裂机理影响 |
3.3 三维网络设计对Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷力学性能的影响 |
3.3.1 力学性能对比分析 |
3.3.2 显微结构对力学性能的影响 |
3.3.3 裂纹扩展对力学性能的影响 |
3.3.4 断裂机理对力学性能的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 层状结构设计对Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷力学性能及断裂机制的影响 |
4.1 层状Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的制备及工艺优化 |
4.1.1 不同烧结温度对致密化的影响 |
4.1.2 Al_2O_3层厚度对致密化的影响 |
4.1.3 石墨层对致密化的影响 |
4.2 层状Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的力学性能及断裂机制 |
4.2.1 制备工艺对力学性能的影响 |
4.2.2 层状Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷微观结构对力学性能的影响 |
4.2.3 层状Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷断面微观结构对裂纹扩展的影响 |
4.2.4 层状Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷的断裂机理分析 |
4.3 层状结构设计对Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷力学性能的影响 |
4.3.1 几何结构对力学性能的影响 |
4.3.2 层结构对裂纹偏转以及分散的影响 |
4.3.3 层结构增强增韧机理 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
(5)多元协同增韧氧化锆基陶瓷的制备工艺及强韧化机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 氧化锆陶瓷的晶体结构与掺杂稳定 |
1.2.1 氧化锆的晶体结构 |
1.2.2 掺杂对氧化锆结构的影响 |
1.3 稀土稳定氧化锆的制备工艺研究现状 |
1.3.1 稀土稳定氧化锆的传统制备工艺 |
1.3.2 稀土稳定氧化锆的涂覆制备工艺 |
1.4 氧化锆陶瓷强韧化机理的研究现状及存在的问题 |
1.4.1 应力诱导相变增韧 |
1.4.2 第二相增韧 |
1.4.3 铁弹性畴转变增韧 |
1.4.4 其他增韧手段 |
1.4.5 存在的问题 |
1.5 氧化锆的高温相稳定性及摩擦磨损特性研究现状 |
1.6 本课题的意义、研究内容及来源 |
1.6.1 选题的意义及研究内容 |
1.6.2 课题的来源 |
第二章 共沉淀法制备多元稀土共稳定氧化锆陶瓷的组织与性能及强韧化机理 |
2.1 实验内容 |
2.1.1 成分设计 |
2.1.2 实验原料 |
2.1.3 实验方法及表征 |
2.2 共沉淀多元稀土共稳定氧化锆粉体的制备及四方相稳定性 |
2.2.1 共沉淀多元稀土共稳定氧化锆粉体的形貌 |
2.2.2 共沉淀多元稀土共稳定氧化锆粉体的四方相稳定性 |
2.2.3 四方相稳定性差异的内在原因 |
2.3 共沉淀多元稀土共稳定氧化锆陶瓷的烧结及显微组织 |
2.3.1 共沉淀氧化锆陶瓷的烧结致密化 |
2.3.2 共沉淀氧化锆陶瓷的显微组织 |
2.4 共沉淀氧化锆陶瓷的力学性能 |
2.5 强韧化机理 |
2.5.1 相变增韧 |
2.5.2 其他增韧机理 |
2.6 本章小结 |
第三章 涂覆法制备多元稀土共稳定氧化锆陶瓷的组织与性能及强韧化机理 |
3.1 实验内容 |
3.1.1 实验原料 |
3.1.2 实验方法及过程 |
3.2 粉体的表征 |
3.2.1 物相组成 |
3.2.2 粉体形貌及元素分布 |
3.3 涂覆法制备多元稀土共稳定氧化锆陶瓷的烧结及显微组织 |
3.3.1 涂覆氧化锆陶瓷的烧结致密化 |
3.3.2 涂覆氧化锆陶瓷的显微组织 |
3.4 涂覆氧化锆陶瓷的力学性能 |
3.5 强韧化机理 |
3.5.1 相变增韧 |
3.5.2 铁弹性畴转变增韧 |
3.5.3 断裂韧性提高的原因 |
3.6 本章小结 |
第四章 球磨法制备多元稀土共稳定氧化锆陶瓷的组织与性能及强韧化机理 |
4.1 实验内容 |
4.1.1 实验原料 |
4.1.2 实验方法及过程 |
4.2 粉体的表征 |
4.2.1 物相组成 |
4.2.2 粉体形貌及元素分布 |
4.3 球磨法制备多元稀土共稳定氧化锆陶瓷的烧结及显微组织 |
4.3.1 球磨氧化锆陶瓷的烧结致密化 |
4.3.2 球磨氧化锆陶瓷的微观结构 |
4.4 球磨氧化锆陶瓷的力学性能 |
4.5 强韧化机理 |
4.5.1 相变增韧 |
4.5.2 铁弹性畴转变增韧 |
4.6 本章小节 |
第五章 热还原石墨烯增韧3Y-TZP氧化锆陶瓷的组织与性能及增韧机理 |
5.1 实验内容 |
5.1.1 实验原料 |
5.1.2 实验方法及过程 |
5.2 GO/3Y-TZP复合粉体的形貌 |
5.3 热还原石墨烯/3Y-TZP陶瓷的烧结 |
5.3.1 3Y-TZP陶瓷的SPS烧结 |
5.3.2 热还原石墨烯/3Y-TZP陶瓷的SPS烧结 |
5.4 热还原石墨烯/3Y-TZP陶瓷的显微组织与力学性能 |
5.4.1 微观结构与相组成 |
5.4.2 氧化石墨烯的热还原 |
5.4.3 力学性能 |
5.5 热还原石墨烯/3Y-TZP陶瓷的增韧机理 |
5.6 本章小结 |
第六章 协同增韧氧化锆陶瓷的高温相稳定性及摩擦磨损特性 |
6.1 实验内容 |
6.1.1 高温相稳定性评价 |
6.1.2 摩擦磨损实验方法及过程 |
6.2 多元稀土共稳定氧化锆陶瓷的高温相稳定性 |
6.2.1 高温热处理过程的组织演变 |
6.2.2 高温相稳定机理 |
6.3 多元稀土共稳定氧化锆陶瓷的摩擦磨损特性 |
6.3.1 稀土稳定剂含量对摩擦磨损特性的影响 |
6.3.2 磨损表面形貌及磨损机制分析 |
6.4 热还原石墨烯/3Y-TZP复合陶瓷的摩擦磨损特性 |
6.4.1 摩擦磨损特性评价 |
6.4.2 磨损表面形貌 |
6.4.3 磨损机制分析 |
6.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(6)氧化锆/氧化铝晶须复合材料的制备及强韧化机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 氧化锆陶瓷材料 |
1.1.1 氧化锆陶瓷的发展 |
1.1.2 氧化锆陶瓷的晶体结构及稳定剂种类 |
1.1.3 氧化锆陶瓷的应用 |
1.2 氧化锆基复相陶瓷材料 |
1.2.1 氧化锆基复相材料的种类 |
1.2.2 第二相对氧化锆基体的影响机制 |
1.2.3 氧化锆基复相陶瓷材料的应用 |
1.3 晶须强韧化氧化锆复相陶瓷研究现状 |
1.3.1 晶须的种类与特点 |
1.3.2 晶须强韧化氧化锆材料的制备与性能研究进展 |
1.4 研究背景及意义 |
1.4.1 研究背景 |
1.4.2 研究目的及意义 |
1.4.3 研究内容 |
1.4.4 拟解决的关键问题 |
第二章 实验过程及性能表征 |
2.1 实验原材料 |
2.2 实验过程与样品制备 |
2.2.1 实验技术路线 |
2.2.2 实验仪器 |
2.3 数据分析及性能表征 |
2.3.1 晶须分散性表征 |
2.3.2 显微结构表征 |
2.3.3 致密度测试 |
2.3.4 机械性能表征 |
2.3.5 物相分析 |
第三章 Al_2O_3晶须的分散与形貌学优化 |
3.1 引言 |
3.2 实验过程 |
3.2.1 Al_2O_3晶须团聚状态的解除 |
3.2.2 Al_2O_3晶须杂质的去除 |
3.2.3 Al_2O_3晶须的分散 |
3.2.4 Al_2O_3晶须长径比的调控 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 Al_2O_3晶须团聚状态的解除 |
3.3.2 Al_2O_3晶须杂质的去除 |
3.3.3 Al_2O_3晶须的分散 |
3.3.4 Al_2O_3晶须长径比的调控 |
3.4 本章小结 |
第四章 Al_2O_3晶须强韧化Ce-TZP复相陶瓷(Ce-TZP/Aw)研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验过程 |
4.2.1 Ce-TZP/Aw复相陶瓷粉体的制备 |
4.2.2 Ce-TZP/Aw复相陶瓷成型与烧结 |
4.2.3 Ce-TZP/Aw复相陶瓷显微结构表征 |
4.2.4 Ce-TZP/Aw复相陶瓷机械性能测试 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 Al_2O_3晶须对Ce-TZP/Aw复相陶瓷致密化过程的影响 |
4.3.2 Al_2O_3晶须对Ce-TZP/Aw复相陶瓷显微结构演化过程的影响 |
4.3.3 Al_2O_3晶须对Ce-TZP/Aw复相陶瓷机械性能的影响 |
4.3.4 Al_2O_3晶须长径比对Ce-TZP/Aw复相陶瓷应力诱导相变的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 Al_2O_3晶须对3Y-TZP与12Ce-TZP陶瓷的烧结过程及强韧化机制对比研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验过程 |
5.2.1 Al_2O_3晶须强韧化TZP复相陶瓷粉体的制备 |
5.2.2 Al_2O_3晶须强韧化TZP复相陶瓷的成型与烧结 |
5.2.3 Al_2O_3晶须强韧化TZP复相陶瓷显微结构表征 |
5.2.4 Al_2O_3晶须强韧化TZP复相陶瓷机械性能测试 |
5.3 结果与分析 |
5.3.1 3Y-TZP/Aw与12Ce-TZP/Aw复相陶瓷致密化过程比较 |
5.3.2 3Y-TZP/Aw与12Ce-TZP/Aw复相陶瓷显微结构演化过程比较 |
5.3.3 3Y-TZP/Aw与12Ce-TZP/Aw复相陶瓷机械性能比较 |
5.3.4 Al_2O_3晶须长径比对TZP/Aw复相陶瓷应力诱导相变的影响 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士期间取得的研究成果 |
致谢 |
(7)基于改良SEVNB法铈稳定氧化锆增韧氧化铝陶瓷断裂韧性及相变增韧的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 断裂力学及增韧机制 |
1.3 断裂韧性的测试方法 |
1.3.1 单边切口梁法(SENB) |
1.3.2 单边V切口梁法(SEVNB)及其研究现状 |
1.4 铈稳定氧化锆增韧氧化铝陶瓷断裂韧性及相变增韧的研究现状 |
1.5 课题研究目的及意义 |
1.6 课题研究的主要内容 |
第二章 实验过程与方法 |
2.1 引言 |
2.2 实验原料 |
2.3 试样制备流程 |
2.4 测试与表征 |
2.4.1 体积密度测试 |
2.4.2 抗弯强度测试 |
2.4.3 断裂韧性测试 |
2.4.4 X射线衍射分析(XRD) |
2.4.5 扫描电子显微镜分析(SEM) |
第三章 Ce-ZTA陶瓷断裂韧性的可靠评价及相变增韧 |
3.1 引言 |
3.2 性能测试与表征 |
3.2.1 体积密度 |
3.2.2 X射线衍射分析(XRD) |
3.2.3 表面显微结构 |
3.2.4 断口显微结构分析 |
3.2.5 抗弯强度 |
3.2.6 断裂韧性分析及相变增韧 |
3.2.7 载荷—位移曲线及试样的断裂行为 |
3.3 本章小结 |
第四章 晶粒尺寸对Ce-ZTA试样断裂韧性及相变增韧的影响 |
4.1 引言 |
4.2 试样制备 |
4.3 试样烧结体性能表征 |
4.3.1 体积密度及烧成温度 |
4.3.2 显微结构分析 |
4.3.3 X射线衍射分析(XRD) |
4.4 晶粒尺寸对Ce-ZTA试样陶瓷力学性能的影响 |
4.4.1 晶粒尺寸对试样抗弯强度的影响 |
4.4.2 晶粒尺寸对试样断裂韧性的影响 |
4.5 本章小结 |
第五章 SENB法测量韧性值相对真实断裂韧性的误差及分析 |
5.1 引言 |
5.2 改良SEVNB法及SENB法的断口相变量 |
5.3 SENB法测量韧性值相对真实断裂韧性的误差 |
5.4 本章小结 |
结论 |
展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(8)新型氧化锆陶瓷手术刀具材料的制备工艺与组织性能(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 氧化锆陶瓷概述 |
1.2.1 氧化锆晶体结构和特性 |
1.2.2 氧化锆陶瓷材料的增韧方式 |
1.2.3 氧化锆晶体结构的掺杂稳定 |
1.2.4 烧结助剂对氧化锆陶瓷烧结性能的影响 |
1.3 稀土氧化物稳定氧化锆粉体的制备、成型与烧结 |
1.3.1 氧化锆粉体的制备方法 |
1.3.1.1 气相法 |
1.3.1.2 液相法 |
1.3.1.3 固相法 |
1.3.2 氧化锆陶瓷的成型方法 |
1.3.2.1 模压成型 |
1.3.2.2 冷等静压成型 |
1.3.2.3 流延成型 |
1.3.3 氧化锆陶瓷的烧结方式 |
1.3.3.1 常压烧结 |
1.3.3.2 热压烧结 |
1.3.3.3 放电等离子烧结 |
1.4 国内外研究现状 |
1.5 研究目的与主要研究内容 |
1.5.1 研究目的 |
1.5.2 主要研究内容 |
1.6 课题来源 |
第二章 实验方法及过程 |
2.1 实验材料与设备 |
2.2 实验方法及流程 |
2.2.1 氧化锆粉体制备 |
2.2.2 氧化锆粉体成型 |
2.2.3 氧化锆坯体烧结 |
2.3 性能测试方法 |
2.3.1 致密度的测量 |
2.3.2 X射线衍射分析、晶粒尺寸计算及相含量计算 |
2.3.3 SEM分析 |
2.3.4 晶粒度统计 |
2.3.5 维氏硬度及断裂韧性测量 |
2.3.6 抗弯强度测量 |
2.3.7 摩擦磨损性能测试 |
2.3.8 生物相容性测试 |
第三章 多元稀土氧化物稳定氧化锆粉体的制备及烧结 |
3.1 前言 |
3.2 涂覆法制备氧化锆粉体的表征 |
3.2.1 粉体的相组成 |
3.2.2 粉体粒度分布 |
3.3 氧化锆陶瓷的显微组织与力学性能 |
3.3.1 烧结温度对烧结材料微观结构的影响 |
3.3.1.1 致密度 |
3.3.1.2 物相分析 |
3.3.1.3 显微组织形貌 |
3.3.1.4 晶粒尺寸及其粒度分布 |
3.3.2 烧结温度对烧结材料力学性能的影响 |
3.3.2.1 维氏硬度 |
3.3.2.2 断裂韧性 |
3.3.2.3 抗弯强度 |
3.3.3 烧结时间对烧结材料微观结构的影响 |
3.3.3.1 致密度 |
3.3.3.2 显微组织形貌 |
3.3.3.3 晶粒尺寸及其粒度分布 |
3.3.4 烧结时间对烧结材料力学性能的影响 |
3.3.4.1 维氏硬度 |
3.3.4.2 断裂韧性 |
3.3.4.3 抗弯强度 |
3.4 小结 |
第四章 添加烧结助剂对氧化锆烧结材料组织性能的影响 |
4.1 前言 |
4.2 氧化锆粉体的制备及烧结体的XRD分析 |
4.2.1 添加烧结助剂的氧化锆粉体制备 |
4.2.2 烧结材料的XRD分析 |
4.3 添加Ti O2对烧结材料组织性能的影响 |
4.3.1 致密度 |
4.3.2 微观形貌 |
4.3.3 晶粒度 |
4.3.4 维氏硬度 |
4.3.5 断裂韧性 |
4.4 添加Mg O对烧结材料组织性能的影响 |
4.4.1 致密度 |
4.4.2 微观形貌 |
4.4.3 晶粒度 |
4.4.4 维氏硬度 |
4.4.5 断裂韧性 |
4.5 小结 |
第五章 流延成型氧化锆陶瓷烧结刀片的力学性能和生物相容性 |
5.1 前言 |
5.2 氧化锆粉体的流延成型与烧结 |
5.2.1 氧化锆粉体流延成型的工艺流程与缺陷分析 |
5.2.2 流延氧化锆薄坯的烧结方式 |
5.3 氧化锆烧结材料的显微组织及力学性能 |
5.3.1 显微组织 |
5.3.2 力学性能 |
5.4 氧化锆烧结材料的摩擦磨损性能 |
5.4.1 摩擦磨损试验条件 |
5.4.2 结果与讨论 |
5.4.2.1 摩擦系数 |
5.4.2.2 磨损性能 |
5.4.2.3 磨损面微观结构分析 |
5.5 氧化锆陶瓷手术刀片的生物相容性 |
5.6 小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(9)电气石矿物微粒强韧氧化锆陶瓷的性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 氧化锆的晶体结构特点及应用 |
1.1.1 氧化锆的晶体结构特点 |
1.1.2 氧化锆陶瓷的应用 |
1.2 氧化锆陶瓷在齿科领域的研究进展 |
1.3 氧化锆陶瓷的强韧化机理、老化机理及防老化措施 |
1.3.1 氧化锆陶瓷增韧机理 |
1.3.2 氧化锆陶瓷的老化机理及防老化措施 |
1.4 电气石矿物的结构及性能应用 |
1.4.1 电气石矿物的晶体结构 |
1.4.2 电气石矿物性能 |
1.4.3 电气石的应用 |
1.5 本论文选题意义及研究内容 |
1.5.1 选题意义 |
1.5.2 研究内容 |
第二章 实验原料、仪器及性能表征 |
2.1 实验原料与实验设备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 材料性能测试及表征 |
2.2.1 粉体粒度测试 |
2.2.2 陶瓷体密度测试 |
2.2.3 陶瓷硬度测试 |
2.2.4 弯曲强度测试 |
2.2.5 陶瓷断裂韧性测试 |
2.2.6 接触角及表面能测试 |
2.2.7 X-射线衍射(XRD) |
2.2.8 X射线光电子能谱(XPS) |
2.2.9 扫描电子显微镜(SEM) |
2.2.10 傅里叶变换红外光谱(FTIR) |
第三章 氧化锆/电气石复合陶瓷的制备与结构研究 |
3.1 氧化锆/电气石复合陶瓷的制备 |
3.2 氧化锆/电气石复合陶瓷烧结动力学 |
3.2.1 陶瓷烧结动力学理论 |
3.2.2 氧化锆/电气石复合陶瓷线性收缩率 |
3.2.3 氧化锆/电气石复合陶瓷烧结动力学方程 |
3.2.4 氧化锆/电气石复合陶瓷烧结活化能的计算 |
3.3 本章小结 |
第四章 氧化锆/电气石复合陶瓷性能研究 |
4.1 氧化锆/电气石复合陶瓷力学性能研究 |
4.1.1 电气石添加量对不同烧结温度氧化锆陶瓷硬度的影响 |
4.1.2 电气石添加量对不同烧结温度氧化锆陶瓷弯曲强度的影响 |
4.1.3 电气石添加量对不同烧结温度氧化锆陶瓷断裂韧性的影响 |
4.1.4 复合陶瓷烧结体结构表征 |
4.2 氧化锆/电气石复合陶瓷红外性能研究 |
4.2.1 电气石对氧化锆陶瓷红外吸收的影响 |
4.2.2 电气石对氧化锆陶瓷的红外发射性能的影响 |
4.3 氧化锆/电气石复合陶瓷表面能研究 |
4.3.1 电气石对不同烧结温度氧化锆陶瓷接触角的影响 |
4.3.2 电气石对不同烧结温度氧化锆陶瓷的表面能影响 |
4.4 氧化锆/电气石复合陶瓷老化行为研究 |
4.4.1 老化后氧化锆/电气石复合陶瓷的力学性能研究 |
4.4.2 老化后氧化锆/电气石复合陶瓷结构表征 |
4.5 电气石对氧化锆陶瓷的强化机制探讨 |
4.5.1 电气石对氧化锆陶瓷的增韧机理 |
4.5.2 电气石对氧化锆陶瓷的防韧性老化机理 |
4.6 本章小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
攻读硕士期间取得的相关成果 |
致谢 |
(10)齿科用氧化锆陶瓷韧性研究进展(论文提纲范文)
1 氧化锆陶瓷增韧机制 |
1.1 相变条件 |
1.2 增韧机理 |
2 齿科氧化锆陶瓷 |
2.1 3Y-TZP |
2.2 In-Ceram |
2.3 Mg-PSZ |
2.4 成形加工工艺 |
3 齿科氧化锆陶瓷韧性老化 |
3.1 氧化锆陶瓷韧性老化机理 |
3.2 氧化锆陶瓷韧性老化的影响因素及抑制老化的措施 |
4 总结与展望 |
四、3Y-TZP/mullite-Alumina复合陶瓷的韧性及增韧机制(论文参考文献)
- [1]陶瓷材料脆性断裂的显微结构效应[J]. 龚江宏. 现代技术陶瓷, 2021(Z2)
- [2]高性能ZrO2陶瓷制备及机理研究[D]. 景强. 内蒙古科技大学, 2020(01)
- [3]Al2O3/ZrO2复合陶瓷的显微结构及力学性能研究[D]. 黄雪娟. 华南理工大学, 2020(02)
- [4]Al2O3-ZrO2复合陶瓷的结构设计与力学分析[D]. 王一鸣. 景德镇陶瓷大学, 2020(01)
- [5]多元协同增韧氧化锆基陶瓷的制备工艺及强韧化机理研究[D]. 曾招余波. 华南理工大学, 2019(06)
- [6]氧化锆/氧化铝晶须复合材料的制备及强韧化机理研究[D]. 孟凡. 广东工业大学, 2019(02)
- [7]基于改良SEVNB法铈稳定氧化锆增韧氧化铝陶瓷断裂韧性及相变增韧的研究[D]. 王丽媛. 华南理工大学, 2019(01)
- [8]新型氧化锆陶瓷手术刀具材料的制备工艺与组织性能[D]. 张应祥. 华南理工大学, 2019
- [9]电气石矿物微粒强韧氧化锆陶瓷的性能研究[D]. 宋艳军. 河北工业大学, 2018(07)
- [10]齿科用氧化锆陶瓷韧性研究进展[J]. 朱东彬,宋艳军,梁金生,张晓旭,楚锐清,吴民强. 无机材料学报, 2018(04)