一元/二元烧结助剂对99氧化铝陶瓷致密化与力学性能的影响OA

笔者对比研究了三类氧化物助剂(碱金属氧化物 MgO、稀土氧化物 Y2O3、过渡金属氧化物 TiO2)及其二元复合(MgO-Y2O3、MgO-TiO2、Y2O3-TiO2)对 99％高纯氧化铝(Al2O3)陶瓷相组成、致密度、显微结构和力学性能的影响.结果表明,在一元助剂体系中,因 Ti4+在 Al2O3 晶格中的固溶效应,TiO2 改善 Al2O3 致密化最显著,将烧结温度从 1 650℃降低到 1 550℃,但会导致晶粒粗化,与纯 Al2O3 相比,晶粒尺寸从 4.15±2.15μm 增加到 6.14±4.92μm,进而导致硬度和韧性分别从 15.73±0.39 GPa 和 2.43±0.23 MPa·m1/2 轻微降低到 15.46±0.34 GPa 和 2.10±0.09 MPa·m1/2.在二元助剂体系中 Ti4+的固溶效应及生成的低熔点液相 Y2Ti2O7 协同作用,使 MgO-Y2O3 体系中氧化铝晶粒尺寸粗化至 11.93±3.92μm,硬度下降至 14.32±0.45 GPa,韧性为 1.9±0.32 MPa·m1/2;因 MgO 的固溶及第二相 MgAl2O4 和MgTi2O5 的钉扎作用,使得 MgO-Y2O3 二元助剂体系既改善致密化,将烧结温度从 1 650℃降低到 1 600℃,又显著抑制晶粒长大(2.7±1.83μm),具有最高的硬度和韧性,分别为 17.43±0.59 GPa 和 3.27±0.07 MPa·m1/2.