收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钇铝石榴石透明陶瓷的低温制备及致密化机理研究

王蓉蓉  
【摘要】:钇铝石榴石(Y_3Al_5O_(12),YAG)透明陶瓷具有优异的光学性质和良好的机械性能,是一种很有潜力的光功能陶瓷。高性能的透明陶瓷不仅需要优异的光学性能,其作为陶瓷具有的机械性能如硬度、抗热震性等要远优于一般的光学材料(如玻璃和单晶),而材料的机械性能与晶粒大小密切相关。在不损害致密化的前提下,减小晶粒尺寸,有利于提高机械性能。目前制备YAG透明陶瓷最常用的方法是真空无压烧结和热等静压烧结。这两种烧结方法均需在高温下(1700°C)长时间保温,导致晶粒长大,难以获得晶粒细小的显微结构。相变辅助放电等离子烧结作为一种低温烧结技术,在密实化过程中产生相变反应,并伴随着价键的断裂和重组,提高了物质粒子流动性,从而提高了致密化速率,适于在低温下制备显微结构均匀细小的透明陶瓷。本文首先采用溶胶-凝胶燃烧法结合场致快速合成技术制备了亚稳态的YAlO_3(YAH)粉体。以此粉体为原料,采用相变辅助放电等离子烧结YAG透明陶瓷。烧结过程主要分为两个阶段:第一阶段为YAH向YAG转变的相变过程,并伴随着颗粒重排;第二阶段为YAG的致密化过程。在烧结过程中产生的YAH→YAG相变提高了致密化速率,降低了烧结温度。比较了YAH粉体与YAG粉体的致密化过程,YAH粉体的烧结温度较YAG粉体的烧结温度降低了300°C。主要的研究结论如下:(1)以溶胶-凝胶燃烧合成的前驱体粉体为原料,研究了场致快速合成的结晶过程,揭示了其与传统合成方法结晶过程的区别,讨论了合成工艺对结晶过程的影响规律。研究发现合成气氛和升温速率是影响结晶过程的重要因素。在缺氧环境下,YAH相作为一种中间相产生,随着温度的升高,YAH相转变为YAG相。利用场致快速合成技术在真空、快速升温(≥50°C/min)条件下合成YAG的结晶路径可表示为amorphous→YAH→YAG。传统慢速升温(5°C/min)条件下,结晶路径分为两种情况:在空气气氛下前驱体粉体直接从无定形相转变为YAG相,无中间相产生;在缺氧气氛下,YAH则作为一种伴生相与YAG相同时产生,其结晶过程可表示为amorphous→YAH+YAG→YAG。YAH相作为一种亚稳态物质,只有在快速升温、短保温时间条件下才能够得到结晶性良好的YAH粉体。(2)研究了前驱体粉体的球磨工艺对YAH粉体的合成及烧结致密化的影响,讨论了YAH相转化为YAG相的相变过程及控制方法。基于YAH粉体的热分析结果,确定了YAH→YAG相变过程受球磨工艺的影响规律。研究表明相变激活能随着球磨转速的增大而减小。随着相变激活能的降低,YAH粉体的烧结过程由两步致密化突变为一步快速致密化,烧结过程中的快速收缩致使样品边缘的致密化速率大于样品中间的致密化速率,密实的边缘阻碍样品内部继续致密化,样品内部留下大的气孔,影响最终样品的显微结构和光学性能。选择合适的球磨工艺既能够促进相变反应,同时促进致密化过程。通过优化球磨工艺可以获得显微结构均匀的YAG块体。(3)以YAH粉体为原料,采用相变辅助放电等离子烧结技术制备YAG陶瓷。系统研究了烧结温度、保温时间、压力及升温速率等工艺参数与显微结构和光学透过率的关系。在80 MPa压力下,以10°C/min的升温速率加热至1050°C并保温20 min,所得块体晶粒细小均匀,平均晶粒尺寸为375 nm,硬度为16.67±0.7 GPa,在680 nm和1000 nm处的直线透过率分别为55%和71%。(4)基于Coble蠕变模型和S.L.Kang的气孔拖拽蠕变模型,研究了相变辅助放电等离子烧结YAG陶瓷的致密化机制及晶粒生长机制。研究结果表明低温慢速烧结YAG陶瓷的致密化机制主要为晶界扩散。随着烧结的进行,烧结末期YAG的晶粒长大不可避免,其晶粒生长机制主要为晶界迁移。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 王尔德;张连洪;霍文灿;;粉末多孔体的塑性泊松比与致密化方程[J];粉末冶金技术;1987年01期
2 孙维莹,邬凤英,严东生;α′和α′-β′sialon的生成机理[J];硅酸盐学报;1989年01期
3 赵妍;彭景光;陈迪;李德凯;严彪;;选择表面致密化铁基材料的研究进展[J];粉末冶金技术;2017年06期
4 张世凭;尹红;丁义超;鲜勇;;粉末冶金制备铁基复合材料致密化过程的研究[J];热加工工艺;2011年16期
5 陈海鹏;王发展;;钨铜合金粉热等静压致密化过程的有限元模拟[J];机械工程材料;2017年06期
6 罗恒军;杨延清;黄斌;原梅妮;罗贤;;涂层法制备钛基复合材料致密化过程的数值模拟[J];热加工工艺;2008年06期
7 艾桃桃;王芬;罗宏杰;朱建锋;;Al_2O_3-TiAl复合材料的致密化过程分析[J];陶瓷;2007年03期
8 王旭东;樊自拴;孙冬柏;孟惠民;俞宏英;;陶瓷电容器镍电极的致密化过程[J];中国有色金属学报;2005年12期
9 刘广宏;袁铁锤;李瑞迪;翁启钢;袁继维;;放电等离子烧结温度对纯钛相变致密化动力学与组织的影响[J];粉末冶金材料科学与工程;2017年05期
10 张岩;郭英奎;;ZrN-Nb复合材料的致密化及力学性能[J];航空材料学报;2018年01期
11 王雨勃;柳泽平;松木一弘;贾成厂;;等静压条件下粉体致密化过程一般规律的探讨[J];粉末冶金技术;2008年02期
12 王尔德;霍文灿;涂光纯;张连洪;;金属粉末塑性变形致密化过程的试验研究[J];金属科学与工艺;1985年01期
13 卢丹丽;何志平;;热压烧结α-Sialon陶瓷的致密化过程和显微结构研究[J];陶瓷科学与艺术;2015年09期
14 党妍姝;腈纶纤维致密化过程中“失透”机理及工艺条件优化[J];大连轻工业学院学报;2002年02期
15 费诚;;新型粉末冶金气门座的致密化过程研究[J];中小企业管理与科技(下旬刊);2011年09期
16 张笑;梁森;;Al_2O_3透明陶瓷烧结动力学分析研究[J];人工晶体学报;2018年12期
17 孙雪坤,沈以赴,金琪泰;金属粉末冷等静压下致密化过程的分析[J];中国有色金属学报;1998年S1期
18 沈崇辉;周晓峰;郭伟;;鄂尔多斯盆地西部长6砂岩致密化过程分析[J];地质力学学报;2018年06期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 贺新福;郭聪慧;尹邦跃;;超细钨粉热压烧结致密化过程的计算机模拟[A];2006全国核材料学术交流会论文集[C];2006年
2 赵海燕;姚中;虞维扬;黄剑;;烧结FeSiAl致密化过程研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
3 单英春;徐久军;朱新河;黄秋凤;严立;;热压BN掺杂SiAlON陶瓷的致密化过程研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
4 刘海彦;贾文鹏;刘延斌;贺卫卫;汤慧萍;刘咏;;添加稀土Y对粉末冶金Ti-Fe-Mo系合金性能的影响[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
5 邹冀;张国军;阚艳梅;王佩玲;;碳化物添加的ZrB_2-SiC基超高温陶瓷的制备与性能研究[A];第十五届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2008年
6 孙建波;王文仲;秦湘阁;;陶瓷粉末初始组织及其烧结的计算机模拟[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 王蓉蓉;钇铝石榴石透明陶瓷的低温制备及致密化机理研究[D];武汉理工大学;2017年
2 史秀梅;B_4C和PZT陶瓷的固液协同烧结及致密化控制[D];西北工业大学;2017年
3 杜贤武;聚碳硅烷及氧化锆对B_4C热压致密化、结构及性能的影响[D];武汉理工大学;2015年
4 徐崇君;快速升温对材料烧结和合成的影响研究[D];武汉理工大学;2015年
5 罗霞;半固态粉末轧制7050铝合金带材的工艺及过程原理研究[D];华南理工大学;2015年
6 莫灼强;半固态粉末轧制B_4C/AA2024复合带材的过程原理与工艺研究[D];华南理工大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 于淼;三维椭球颗粒不同初始堆积结构成形致密化的数值模拟[D];东北大学;2015年
2 刘军;铒掺杂氟化锶透明陶瓷的制备及其光学性能的研究[D];江苏师范大学;2018年
3 张玉玺;粉体成形致密化过程中颗粒微观行为的多粒子有限元模拟[D];东北大学;2015年
4 朱梦蝶;粉末物性对医用β型钛合金致密化行为与组织性能的影响研究[D];华南理工大学;2018年
5 陈诚;氧化锆烧结过程的原位测量及致密化机理研究[D];华中科技大学;2016年
6 李瑗茹;RGO/Cu复合材料致密化工艺及电接触特性研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
7 张院;CuCr触头材料热等静压致密化数值模拟研究[D];西安建筑科技大学;2017年
8 关贺聲;喷射成形双金属复合板准热等静压研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
9 袁皓;Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb合金放电等离子烧结致密化及组织性能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
10 陈海鹏;W-Cu粉末热等静压的数值模拟[D];西安建筑科技大学;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978