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氧化鋯陶瓷表面氣孔尺寸分布在燒結上有哪些關聯呢?

日期: 2020-01-09
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氧化鋯陶瓷不僅可用作功能材料,還可用作工業催化劑的載體、添加劑或活性組分。氧化鋯陶瓷在二氧化碳和H2合成甲醇中起著重要作用。關于孔徑分布對燒結和微觀結構發展的影響,已有許多報道。同一粉末餅干孔徑分布的變化往往是由一次顆粒的團聚引起的。研究表明,孔徑分布不僅對密度有很大影響,氧化鋯陶瓷而且對致密化速率也有很大影響。

顯微結節的研究發現,氧化鋯陶瓷中孔隙越大,燒結密度越低。在極端情況下,當孔徑為雙峰分布時,很難排除聚集體之間的大孔或所謂的次生孔。研究發現,盡管晶粒生長受到相結構的影響,但在加熱和保溫過程中,粉末和餅干的性質(餅干密度、孔徑分布)并不影響餅干中晶粒的生長。

雖然遠創陶瓷坯體的密度等性能不影響晶粒生長,但會影響孔徑與晶粒尺寸之比。餅干的性能不影響晶粒的生長,但影響氣孔的生長,因此也影響致密化行為。致密化初始階段晶粒尺寸與密度的關系如上所述,燒結中期晶粒尺寸與密度呈線性關系。根據燒結階段的定義,在燒結的初始階段只有致密化而沒有晶粒生長。

這種現象可能存在于初始粒度較大的生坯中,但是對于由超細粉末組成的生坯,如本研究中使用的超細氧化鋯,即使在燒結的初始階段,晶粒生長和致密化也幾乎同時發生。這一結果意味著,對于超細粉末的固相燒結,燒結的初始階段可以近似認為是不存在的或者至少可以忽略不計。

氧化鋯陶瓷可以得出以下結論:

(1)氧化鋯陶瓷中的晶粒生長不受成型體性質的影響;

(2)氣孔的生長同時受晶粒生長和致密化的控制。前者導致氣孔生長與籽粒生長同步,而后者導致氣孔收縮和氣孔R值降低。氣孔的生長受到模體性質的影響。

(3)超細粉末燒結的初始階段幾乎可以忽略不計。晶粒生長和致密化同時發生。從燒結開始到中間階段結束,晶粒尺寸和密度呈線性關系。這種線性關系可以根據晶粒生長和致密化發生在相同的擴散和傳質機理以及等溫過程中晶粒生長和密度對時間的依賴性來解釋。

(4)晶粒尺寸和密度之間的線性關系受模制體的性質影響,因為晶粒生長由晶粒間尺寸差異的化學勢驅動,而致密化由作用在孔上的燒結壓應力驅動;

(5)較高的二面角、成型密度、較窄的顆粒和孔徑分布有利于晶粒密度關系軌跡向高密度和小晶粒方向移動。

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