添加NiO-Al和TiO2-Al-C对ZrO2陶瓷辊性能影响

　　通过添加NiO和TiO2-Al-C，探讨以铝热反应方式在ZrO2基体材料内部引入二元颗粒对ZrO2陶瓷辊性能的影响。主要研究了原料配比、原料种类、烧结温度等工艺参数对ZrO2陶瓷辊物相组成、显微形貌、理论相对密度、抗折强度和断裂韧性的影响。

　　在添加NiO-Al条件下和1400℃～1500℃的烧结温度范围内，陶瓷辊的主要物相组成为t-ZrO2、m-ZrO2、α-Al2O3和金属Ni。材料的理论相对密度、抗折强度、断裂韧性随着NiO-Al添加量的增加逐渐减小，且均在NiO-Al添加量为6.3wt%、烧结温度为1500℃时达到最大，其最大值分别为93.1%、386.2MPa和7.61MPa·m~(1/2)。在添加TiO2-Al-C条件下，烧结气氛对陶瓷辊烧结具有较大影响。

　　其中氩气气氛下烧结试样表面出现开裂，内部存在黑心区域，黑心区域的主要物相为t-ZrO2、m-ZrO2、α-Al2O3、ZrC和C(石墨)相;氮气气氛下烧结试样表面形貌完好，内部无黑心区域。在添加TiO2-Al-C条件下以及氮气烧结气氛下，当采用3YSZ为原料并外加α-Al2O3时，陶瓷辊的理论相对密度、抗折强度、断裂韧性总体上随TiO2-Al-C添加量的增加而减小;其均在TiO2-Al-C添加量为11.5wt%时达到最大值，其值分别为81.4%，175.8MPa和2.80MPa·m~(1/2)。α-Al2O3添加量的变化对烧结试样的理论相对密度影响较小，试样的抗折强度和断裂韧性随α-Al2O3添加量的增加而降低，其均在α-Al2O3添加量为3wt%时达到最大，其值分别为209MPa和2.58MPa·m~(1/2)。

　　当没有外加α-Al2O3时，在TiO2-Al-C添加量为19.1wt%～31wt%的范围内，陶瓷辊内部生成了TiC;采用不同类型ZrO2为原料时，以3YSZ为原料的陶瓷辊的理论相对密度、抗折强度和断裂韧性高于以8YSZ和m-ZrO2为原料的陶瓷辊，其值随TiO2-Al-C添加量的增加而降低，最大值分别为75.5%、85.2MPa和1.6MPa·m~(1/2)。研究所制备的ZrO2陶瓷辊的断裂行为为沿晶断裂、穿晶断裂和混合断裂三种;陶瓷辊内部的增韧机制为纳米增韧和延性金属粒子增韧。

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