硼酸镁晶须强化工程陶瓷的研究.docx

硼酸镁晶须强化工程陶瓷的研究摘要简单的陶瓷材料会有很多缺陷向基体中加入另外一种粉体或晶须制成复合材料是提高陶瓷材料的韧性和改善脆性的重要方法实验采用晶须增强、增韧磷酸三钙工程陶瓷使其能够改善基体材料的抗弯强度、孔隙率等。实验以磷酸三钙为基体向其中加入不同含量的硼酸镁晶须压制成型后在950℃与1000℃下进行烧结得到磷酸三钙陶瓷。对试样进行一系列的检测测出不同含量硼酸镁晶须试样的孔隙率和抗弯强度。通过对不同抗弯强度的比较和分析讨论硼酸镁晶须对试样抗弯强度的影响。根据孔隙率数据分析讨论晶须对孔隙率的影响。关键词磷酸三钙；硼酸镁晶须；孔隙率；抗弯强度中图分类号TU52文献标识码A文章编号1674-6708（2013）98-0142-021概述1.1磷酸三钙陶瓷材料磷酸三钙（简称TCP）是一个重要的二元化合物TCP存在β型（低温型）和α型（高温型）两个变体低温相在1200°C转变为高温相β-磷酸三钙为六方晶系的晶体α-TCP磷酸三钙为单斜晶系的晶体。但是磷酸三钙陶瓷力学性能韧性差机械强度低。实验尝试通过加入晶须来改善其强度和韧性并通过抗压强度来讨论晶须含量对其抗弯强度的影响。1.2晶须增韧陶瓷的简介为了增强陶瓷的力学性能和稳定性能在高性能陶瓷方面国内和国外科学家已经做出了大量的研究使陶瓷由单一相陶瓷材料向多相、复合相发展。利用晶须加入陶瓷基体是陶瓷增韧的一种重要方法。晶须的加入一般有直接外加法和原生位生长法。晶须直接加入增强陶瓷法是指把晶须直接加入分散和基体混合均匀压制成型在经过干燥烧结的工艺最后得到性能增强的陶瓷基材料。。晶须原生位生长增强陶瓷法是指把晶须生长的材料、助生剂和陶瓷基体材料等直接混合均匀在经过压制成型干燥等工艺最后在一定条件下通过原生位法生长出晶须同时得到晶须增强陶瓷。硼酸镁晶须增韧磷酸三钙陶瓷基复合材料的主要机制：1）晶须的架桥桥联。当陶瓷裂纹扩展到硼酸镁晶须时在裂纹的尖端能够形成一个桥联接区域由于断裂纹面与硼酸镁晶须一般不垂直所以在断裂纹尖端产生一个闭合的应力使裂纹不会继续延长以至于超出断裂的临界值以上；2）晶须的拔出机制。陶瓷基体需要拔出硼酸镁晶须才能完全断裂在拔出硼酸镁晶须的过程中需要抵消摩擦力产生的功因此可以吸收一部分裂纹的能量而提高材料的韧性；3）裂纹的偏转。由于硼酸镁晶须的存在在陶瓷裂纹增长到硼酸镁晶须时硼酸镁晶须和磷酸三钙基体面解离开来使裂纹沿着晶轴方向生长从而改变了裂纹扩展的方向。能够使裂纹沿着更长的路线行进逐步改变裂纹尖端的方向使其应力越来越小使其在裂纹尖端的应力达不到断裂的临界值以上从而达到增韧的效果以实现磷酸钙陶瓷的增强韧性的效果。1.3硼酸镁晶须的优势1）原料广泛成本低廉硼酸镁合成需要的硼酸与镁均是盐湖的初级产品为生产硼酸镁晶须提供了大量原材料；2）生产工艺简单易于大规模工业化生产；3）毒性小有很好的环保意义硼酸镁属于无机盐可以自己自然逐步降解对环境没有污染；4）硼酸镁晶须比较蓬松且为针状结晶而且拥有良好的界面性质能有充分均匀的分散到溶剂中去一般不发生界面反应能够很好保留晶须的结构发挥增强的效果。2实验――硼酸镁晶须陶瓷的制备2.1工程陶瓷的制备实验采用压制成型烧制方法来制备磷酸三钙陶瓷。材料的制备工艺能够直接影响材料性能所以在制备过程中每一步都必须要仔细认真进行才能制备出理想的材料。制备工艺为：1）磷酸三钙粉末的制备药品经过研磨然后过一百目的标准筛最后得到实验需要的磷酸三钙粉末；2）配料实验制备的磷酸钙陶瓷基体为磷酸三钙向其中加入不同含量的晶须、相同比例的粘结剂。本实验制备的磷酸钙生瓷选择的粘结剂为羧甲基纤维素钠（简称CMC）CMC是一种含有钠的纤维素无毒无味性质稳定的固体颗粒。常用于陶瓷的粘结剂由于大分子聚集氢键等发挥粘结的作用。其含有纤维素的结构在高温下放出气体能够使陶瓷产生孔隙。粘结剂的加入量为5%。制备两组试样在不同的温度下烧结制备实验需要的陶瓷样品：配料比为1.1、2.1添加量为0%1.2、2.2添加1%微米级晶须1.3、2.3添加2%微米级晶须1.4、2.4添加3%微米级晶须1.5、2.5添加3%纳米级晶须；3）混料：用电子天平准确称取磷酸三钙粉末、晶须和粘结剂放入烧杯中用玻璃棒搅拌搅拌时玻璃棒要顺逆时针交替时间为五分钟以使粉料混合更加均匀；4）压制成型：实验采用粒径较小的磷酸三钙、硼酸镁晶须和粘结剂羧甲基纤维素钠粘结剂同时有粘结作用和很好的润滑效果。在混料均匀后在其中加入少量的无水乙醇能够更好的成型使颗粒增强流动性发挥粘结剂的粘结作用。实验时压制压力为14MPa保压