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添加剂对致密氧化铬材料烧结性能的影响

李光辉  
【摘要】: 以氧化铬微粉为主要原料,采用聚乙烯醇(PVA)为结合剂,采用标准氮气控制气氛,氧分压分别控制在10-2 atm、10-4 atm、10-6 atm,选择1350℃、1400℃、1450℃保温3h烧成,系统研究了不同添加剂TiO_2、Cr(OH)_3溶胶、金属Cr和m-ZrO_2对Cr_2O_3材料烧结性能的影响。试验结果表明: (1) TiO_2通过Ti~(4+)置换Cr~(3+),抑制了高挥发性铬离子的形成,产生了铬离子空位及引起晶格畸变,增大了Cr~(3+)扩散速率,从而促进了Cr_2O_3材料烧结。1450℃×3h,氧分压为10-6atm或10-4atm烧成条件下,最初随着TiO_2加入量的增加,烧后Cr_2O_3材料的体积密度迅速增加,显气孔率迅速降低。但随着TiO_2加入量进一步增加达到一定量后,体积密度和显气孔率变化不明显。 (2)氢氧化铬胶体的加入促进了氧化铬材料的烧结。氢氧化铬胶体在烧成过程中分解生成的纳米Cr_2O_3具有大的比表面积,一定程度上增加了氧化铬颗粒间相互接触面积,促进颈部的形成和界面的移动,有利于扩散传质;纳米Cr_2O_3高的化学活性,也赋予Cr_2O_3以很大的烧结推动力。1350℃烧成的试样引入0.3%氢氧化铬胶体时,显气孔率从1.33%迅速下降到0.39%。但随着胶体加入量的增加,过多的胶体在试样中可能引起团聚,其烧结收缩与周围基体发生脱离,造成较大的孔洞,致使强度有所下降。 (3) 0.5wt%的金属Cr即可明显降低试样内部氧分压,且由于此时氧化反应引起的膨胀小,Cr_2O_3材料在10-2atm和10-4atm的较高氧分压下即可实现致密化烧结。Cr_2O_3材料中引入的金属Cr不宜过多,否则膨胀反应占据主导地位,试样的显气孔率增加,体积密度降低,且其中多为大气孔,高达25~30μm。 (4) m-ZrO_2也可促进了Cr_2O_3材料的烧结(同时添加有3wt% TiO_2)。但当m-ZrO_2加入量超过2wt%时,促进烧结作用已不明显。m-ZrO_2通过相变微裂纹机制显著改善Cr_2O_3材料的抗热震性。1150℃~室温风冷条件下的热震次数由未添加m-ZrO_2时的11次提高到添加3wt% m-ZrO_2时的34次。


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