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氧化锆陶瓷表面气孔尺寸分布在烧结上有哪些关联呢?

日期: 2020-01-09
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氧化锆陶瓷不仅可用作功能材料,还可用作工业催化剂的载体、添加剂或活性组分。氧化锆陶瓷在二氧化碳和H2合成甲醇中起着重要作用。关于孔径分布对烧结和微观结构发展的影响,已有许多报道。同一粉末饼干孔径分布的变化往往是由一次颗粒的团聚引起的。研究表明,孔径分布不仅对密度有很大影响,氧化锆陶瓷而且对致密化速率也有很大影响。

显微结节的研究发现,氧化锆陶瓷中孔隙越大,烧结密度越低。在极端情况下,当孔径为双峰分布时,很难排除聚集体之间的大孔或所谓的次生孔。研究发现,尽管晶粒生长受到相结构的影响,但在加热和保温过程中,粉末和饼干的性质(饼干密度、孔径分布)并不影响饼干中晶粒的生长。

虽然远创陶瓷坯体的密度等性能不影响晶粒生长,但会影响孔径与晶粒尺寸之比。饼干的性能不影响晶粒的生长,但影响气孔的生长,因此也影响致密化行为。致密化初始阶段晶粒尺寸与密度的关系如上所述,烧结中期晶粒尺寸与密度呈线性关系。根据烧结阶段的定义,在烧结的初始阶段只有致密化而没有晶粒生长。

这种现象可能存在于初始粒度较大的生坯中,但是对于由超细粉末组成的生坯,如本研究中使用的超细氧化锆,即使在烧结的初始阶段,晶粒生长和致密化也几乎同时发生。这一结果意味着,对于超细粉末的固相烧结,烧结的初始阶段可以近似认为是不存在的或者至少可以忽略不计。

氧化锆陶瓷可以得出以下结论:

(1)氧化锆陶瓷中的晶粒生长不受成型体性质的影响;

(2)气孔的生长同时受晶粒生长和致密化的控制。前者导致气孔生长与籽粒生长同步,而后者导致气孔收缩和气孔R值降低。气孔的生长受到模体性质的影响。

(3)超细粉末烧结的初始阶段几乎可以忽略不计。晶粒生长和致密化同时发生。从烧结开始到中间阶段结束,晶粒尺寸和密度呈线性关系。这种线性关系可以根据晶粒生长和致密化发生在相同的扩散和传质机理以及等温过程中晶粒生长和密度对时间的依赖性来解释。

(4)晶粒尺寸和密度之间的线性关系受模制体的性质影响,因为晶粒生长由晶粒间尺寸差异的化学势驱动,而致密化由作用在孔上的烧结压应力驱动;

(5)较高的二面角、成型密度、较窄的颗粒和孔径分布有利于晶粒密度关系轨迹向高密度和小晶粒方向移动。

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