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氧化锆—碳化硅复相陶瓷的制备及其冲蚀磨损性能的研究

孙浩然  
【摘要】: 氧化锆陶瓷因其具有的高强高韧、硬度大和化学稳定好等特点,受到各国学者的广泛关注。TZP陶瓷因此具有优秀的力学性能,但其在中高温使用时力学性能急剧下降。因此,采用引入高强度、硬度,化学和热稳定性好,尤其高温强度较高的碳化硅,作为第二相增强粒子,以改善TZP陶瓷的磨损性能。本文以90#、320#、600#、1500#的SiC、3Y-ZrO_2粉、8Y-ZrO_2粉、Al_2O_3粉为原料,制备得到3YSZ-SiC、3YSZ-Al_2O_3-SiC、8YSZ-SiC、8YSZ-Al_2O_3-SiC等复相材料,研究了试样的物相组成、显微结构以及力学性能和冲蚀磨损性能与物相组成和显微结构的关系,探讨了SiC颗粒尺寸、SiC颗粒的加入量和添加剂的加入量氧化锆-碳化硅复相耐材料性能的影响。 研究表明:在1550℃×3h氮气气氛保护下烧结制备得到8YSZ-SiC复相陶瓷,当加入3wt.%的1500#SiC时,具有最大的体积密度、抗折强度及洛氏硬度,分别为5.31g·cm~(-3)、81MPa和84.9HRA。在1550℃×3h氮气气氛下烧结制备得到8YSZ-Al_2O_3-SiC复相陶瓷材料,当1500#SiC的加入量为3wt.%时,试样的体积密度最大为5.27g·cm~(-3);当1500#SiC的加入量为6wt.%时,试样具有最小的显气孔率和最大的抗折强度,分别为0.07%和246MPa。 研究发现,对于3YSZ-SiC复相材料,其液固体积冲蚀率会随着320#SiC添加量的提高而逐渐增加。对于8YSZ-SiC材料,当1500#的SiC颗粒加入6wt.%时,试样的体积冲蚀率最低0.07×10~(-6)cm~3/mm~2hr。对于8YSZ-Al_2O_3-SiC复相材料,当1500#的SiC颗粒加入3wt.%时,试样的体积冲蚀率最低0.32×10~(-6)cm~3/mm~2hr。高温固体粒子冲蚀磨损实验表明,四方氧化锆因其自身相变作用,在高温条件下极易碎裂,加入5wt.%SiC可以提高其抗高温冲蚀磨损的性能。硬质第二相粒子的加入在一定程度上能够改善陶瓷的耐冲蚀磨损性能。


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