外文翻译(中文)陶瓷颗粒细度对氧化锆-莫来石复合材料性能的影响.doc
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材料与化学工程学院
毕业论文外文翻译
题目:
Effectofceramicpowderfinenessonmullite-zirconiumceramicproperties
译文题目:
陶瓷颗粒细度对氧化锆-莫来石
复合材料性能的影响
2011年6月
陶瓷颗粒细度对氧化锆-莫来石复合材料性能的影响
森德梅尔克穆勒斯滕伯格
里加工业大学硅酸盐材料研究所
摘要:
本实验在高温下制备了加入伊利石粘土的氧化锆—莫来石陶瓷,并通过改变颗粒的粉磨时间,制得一系列样品。
试验结果表明,增加颗粒的活性和颗粒的粉磨时间,在1200℃时烧结会推动莫来石相的形成,并转化为氧化锆,特别是在温度上升的时候。
快速冷却也会保留氧化锆在高温时的性能。
简介:
氧化锆-莫来石陶瓷是广泛用于高温生产工艺的材料之一。
氧化锆-莫来石陶瓷的特点是高强度,包括在高温和低温时。
这些特性决定了它在高温生产过程中的进一步广泛应用。
制备氧化锆-莫来石陶瓷从混合开始,组成包括氧化铝,硅胶,氧化锆和加入7.75-8.75%质量伊利石粘土的氧化钇,再进行进烧结,形成在较低温度下的莫来石相。
另一方面,最重要的是初始粉末的研磨的程度。
已经有实验确定陶瓷粉末的研磨导致粒子晶格的破坏,并导致非晶化的结果。
这里较高的烧结温度会影响陶瓷材料的相应密度,弯曲和压缩时的强度。
然而,快速研磨的一个明显的影响是加强烧结粗颗粒之间的相互团聚。
有研究表明,在研磨过程中由于散热导致了颗粒积聚。
因此,研磨时间应根据每一个具体案例严格控制。
在本文的作者文章中,原料粉末研磨时间为5-6小时。
粉磨能够促进陶瓷材料中莫来石和氧化锆由粉末开始结晶的过程。
经过短期内(4-6小时)研磨,在1180℃至1280℃时可以观察到莫来石正快速形成;而莫来石的形成了将会在下一个350℃内发生。
已经有试验确定,随着颗粒为0.5米的起始粉末粒径在极限强度内的增加,压缩弹性模量也在增加,甚至与平均含量为30%左右相比,具有比标本含有更多的粒径超过5米,有数据指出,莫来石晶体颗粒的形式,大小为50-70纳米,有时为80-95纳米。
这项实验的目的包括确定陶瓷粉末细度的影响,此外,包括加入伊利石粘土后形成和发展的高温晶相(莫来石,氧化锆),以及莫来石,氧化锆陶瓷的机械性能。
研究方法:
制备合成材料的混合物包括在在550°C煅烧的Al(OH)3的,无定形二氧化硅,ZrO2mon。
一部分用于矿物原料,一部分开始作为一个附加组件粉,伊利石粘土成分列于表1。
图.1由谢里尔方程计算的晶体颗粒大小示意图。
伊利石粘土的化学和矿物成分如下:
初始粉末用实验室的行星粉磨机用铁矿砂刚玉球混合第4,10,14个小时。
粉末微粒表面的大小的显微镜扫描电镜来测定,平均颗粒分布用用光谱仪进行了评价采用了氯化钾溶液(氯化钾40毫克+水100毫升)作为稀释液,表面活性剂作为洗涤物质,用X-射线衍射仪确定结晶颗粒尺寸,晶体颗粒的大小是由谢里尔方程来确定:
D=Kλ/BCOSθ
其中K是Bolzmann常数,λ是X-射线光束的波长,纳米(=0.15418牛顿米)。
B的值是由RAD数据通信公司,计算出的X射线束反射差角。
计算所需的形象的衍射原理图如图所示:
陶瓷材料试样被制备成直径30毫米和3毫米厚磁盘的样式,直径35毫米和45毫米的高度的管状形式,用棒长55毫米和3毫米厚的轴压实(压力120兆帕)。
。
射击在100℃中进行,之后在1200-1500C°的范围内进行,(德国纳博马弗炉热,6℃/min的升温速率,浸泡在水中的时间为30分钟)。
最后对其表观密度和体积进行相关测定。
用X-射线相和扫描电子显微镜来测定晶相的尺寸,并进行数据分析。
抗热震性测定用陶瓷棒在1400°C的发射进行研究后每200°C的范围测下,在500-1000°C再测一下它的抗热震性烧成后对弯曲弹性模量和极限强度进行评估。
弹性模量是在O型超声仪(巴兹国际公司,美国)根据道达尔的陶瓷标本测量冲击波原则进行确定,在齐上方放置两个平行的垂直安装,覆盖着一层薄薄的金属聚合物。
在的小聚合物一端,其中有一个钢珠直径4毫米,傅立叶分析方法进行分析并做记录。
弹性模量E由下式计算:
使用TG0995仪器技术公司测定它的强度,并最终根据兹维克/角色模型测定了它的弯曲强度。
结果与讨论
球磨4小时和14小时的陶瓷粉末微型照片如图2所示,4小时后研磨粉变得稠密,压缩无定形颗粒的形状为圆形,大小约为约3至7纳米,并以团聚的方式组成。
同一时间内加入伊利石粘土,变成陶瓷粉的结构,球磨24小时后团聚的非晶体颗粒越细。
据数据显示,ZrO2mon,Y2O3和二氧化硅结晶石英粉平均粒径在(伊利石粘土引入后4,10和24小时在一定限度内增加55-100纳米(图3)。
并且可以看出,粘土增加会影响晶体的分散性。
尤其是有24小时球磨后研磨粉体和氧化钇明显减少,斜锆石晶体的减少在石英和氧化锆晶体中的成分也在规模急剧减少,达到55–59纳米(见图3)另一方面,从确定粒子的大小,结果在球磨后用相关光谱仪可以得出的最大数量的粒子的大小是200的大致范围内看到-520纳米(图4)。
莫来石形成阶段,在不同温度下的四方和单斜氧化锆烧结样本,显示如图5。
这可以看出,莫来石的形成始于1200℃,在高达1600℃时它的状态比较活跃,虽然第一阶段的莫来石在1100℃左右形成,由于在高达1250℃活性和原粉颗粒中二氧化硅(方石英和石英)晶相存在,在较高温度(1330和1400°C)时发生新的反应,并进一步促进莫来石和刚玉形成。
应当指出,在整个温度范围内ZrO2mon的衍射最大,在ZrO2tetr时由于氧化钇和氧化锆的引入,也达到了最大值,
陶瓷的组织标本图,6a所示,表现为密密麻麻的结晶形态,主要是莫来石呈柱状,没有加黏土的莫来石标本如(图6B)所示,其外形更清楚地观察到。
从图上的数据可以得到,收缩的样本组成会随研磨时间的影响有所变化,即随起始粉末细度的增加,标本收缩增加15至25%,在每个温度为起始粉末增加。
这样收缩与显着性差异在增加的原因可能是由于液相有所“收缩“颗粒随后由一固相烧结机制。
一个带有增加收缩烧结温度1500℃造成的液相还原相的粘度,从而加速离子扩散,导致试样在冷却收缩。
通过分析表观密度和最终压缩强度的变化(图8)可以注意到一个重要的结果,除了伊利石粘土,在经过为期10和24小时的球磨后,这是以更积极的扩散和粒子反应为液相,促进其形成。
所以伊利石粘土的添加是样品制备的重要组成。
在一般时间,伊利石粘土没有陶瓷中的样本,因为在这种情况下,烧结是由起始粉末颗粒起主要活动。
在温度升高范围热冲击过程中,弹性模量E也在增加(图9)。
这种E值明显的差异主要与氧化锆变化相关,并在所有与改善的可能性柱状晶体生长和莫来石形成。
对于粘土的E值也在增加,颗粒更均匀,特别是与更清晰的温度下降。
样本的变化与粘土的均匀性相关(图10)。
且比之前的趋势走向更加明显,在粉末的研磨后24小时,其均匀性并在增加,这也解释了氧化锆晶型的转变。
结论:
结果表明,初始粉末颗粒的大小取决于研磨持续时间。
使用不同的方法,粉体颗粒大小也不同,粉末颗粒团聚中也会有不同的结果。
很明显,颗粒大小的晶体是50-100纳米,而对于与无定形颗粒总量是200-500纳米。
而颗粒活性的增加,也会促进颗粒大小的形成。
莫来石从1200℃起,也就是过渡阶段,会形成四方形体氧化锆。
实验表明,随着温度的增加以及粉磨时间的增加,样本具有较高的收缩率(15-25%)。
表观密度和压缩强度是由起始反应时间决定,其中伊利石粘土的存在也对两个性能产生一定的影响。
经过24小时的粉末研磨后,没有伊利石粘土,表观密度和压缩强度达到2.55千克╱立方公分和80兆帕,添加了伊利石粘土后,分别达到了2.95千克╱立方公分,分别为15兆帕。
样品的弹性模量和强度随着温度差的增加有着弯曲的变化,经过长期的粉磨
(10和24小时),它们有明显的增加趋势,尤其是没有加入伊利石粘土后。
陶瓷样本的结构随着气温的急剧下降将迅速“冻结”,并且促进四方氧化锆的形成。
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