各种添加剂对ZrO2性能的影响.doc

各种添加剂对ZrO2性能的影响 第26卷第2期 2008年4月 粉末冶金技术 PowderMetallurgyTechnology v01.26.No.2 Apr.2008 各种添加剂对ZrO2性能的影响 陈黎亮贾成厂 (北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083) 摘要:氧化锆是一类重要的陶瓷,在其烧结过程中,添加剂起着至关重要的作用,合理的添加剂的加入使 材料性能得到了较大的改善.讨论了各种添加剂对zro2烧结体组织与性能的影响,包含MgO,A12Os,Y2Os, CeO2,Yb203.CaO,FesA1,Nb205,TiO2,ZnO,SiO2,Gd2O3,Sm2Os等.以期为改善工艺条件,提高氧化锆陶瓷的 性能以及开拓该类陶瓷的应用领域提供参考. 关键词:z~o2;添加剂;烧结 Influenceofadditiveonthesinteringofzirconia ChenLiliang,JiaChengchang (InstituteofPowderMetallurgy,SchoolofMaterialsScienceandEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China) Abstract:Zirconiaisoneoftheimportantceramics.Intheprocessofsintering,theadditivesplayaverycrucial role.Theinfluencesofdifferentkindsoftheadditivesonthemicrostructureandpropertiesofthesamplesafter sinteringwerestudied,includingMgO,0],Y2Os,CeO2,Yb2Os,CaO,FesA1,Nb2Os,Ti02,ZnO,Sio2, Gd2Os,Sm203andSOon.ItSintendedtoimproveprocessandproperties.andtoexpandtheapplicationareaof zirconiamaterials. Keywords:Zr02;additive;sintering 氧化锆陶瓷熔点高,强度大,耐磨损,耐腐蚀,是 用途广泛的结构和功能材料.它在烧结过程中会产 生以下相变: 150C2300C m—Zr02t—ZrO2-C—ZrO2(1) 其中三个相的密度从小到大排列为:单斜相 (5.68g?cm),四方相(6.10g?cm),立方相 (6.27g?cm).在该相变过程的t—m相变还会引 起体积效应,易造成ZrO2制品在烧结中开裂L1J. 另外,某些特殊场合,需要ZrO2具有特殊的性能,如 抗高温老化性,高电导率等.因此,在生产上往往 加入添加剂,使组织冷却到室温后仍能保持为四方 相,防止ZrO2样品开裂的同时,令其性能更加完善, 用途更加广泛. 1各种添加剂对ZrO2烧结的影响 近年来对添加剂种类(如MgO,203,Y203, Ceo2,Yb203等)和加入量等对z1~32烧结致密化,显 微结构以及性能的影响进行了大量研究.笔者对这 些添加剂加入后产生的影响作了总结. 1.1MgO对Zr02烧结的影响 MgO加入z1~32中,烧结制成Mg—PSZ陶瓷. 它具有优异的中常温性能,良好的耐磨性和低温抗 老化性等,因而得到了广泛的应用.但是,该陶瓷也 有缺点,特别是抗高温老化性有待于提高. 在MgO掺杂对Ceo2一z1~32材料阻抗特性影 响的研究中J,发现MgO的加入加强了氧空位的 解缔合能力和迁移能力,降低了Ceo2一z电导 活化能,增加了Zro2中载流子一氧空位的浓度,从 *陈黎亮(1983一),男,硕士研究生. **通讯作者:贾成厂(1949一),男,教授.E—mail:jcc@mater.ustb.edu.Cn 收稿日期:2006—10—12 第26卷第2期陈黎亮等:各种添加剂对ZrO2性能的影响139 而大大提高了ZrO2基离子电导率.同时,由于 Mg2半径(0.078nm)与Zr4半径(0.077nm)相差 不大,且电负性相当(相对电负性分别为1.23和 1.22),因此掺杂MgO可以促进体系表面能和化学 势下降,从而增强体系的烧结驱动力,使得烧结体致 密化,减小晶粒边界电阻. 陈平,劳令耳等_3用掺纳米MgO第二相的 ZrO2(3Y)粉末先由超声分散,然后球磨,烘干,成 形,常压烧结.研究发现,掺入的纳米MgO可起到 促进烧结致密化,稳定相变的作用.Mg2半径比较 小,引起的晶格畸变活化了晶格,提高了离子电导 率. 1.2AI2Oa对ZrO2烧结的影响 将部分稳定氧化锆