以高爐渣為助燒劑制備ZTA/TiC復(fù)合陶瓷及其性能研究

盧紅霞， 高 凱， 李明亮， 王海龍

(1.鄭州大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001； 2.鄭州大學(xué) 河南省資源與材料工業(yè)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450001)

0 引言

ZrO2增韌Al2O3陶瓷(即ZTA陶瓷)具有耐腐蝕、耐磨損及高性價比等特點，是一種應(yīng)用廣泛的高性能工程陶瓷材料[1-3]。目前ZTA陶瓷在研究及應(yīng)用中仍存在一些問題，除高溫相變困難和抗熱震性尚不理想之外，難燒結(jié)也是結(jié)構(gòu)陶瓷普遍存在的問題，通常情況下，熱壓燒結(jié)制備ZTA陶瓷溫度高達(dá)1 650 ℃以上，成為其生產(chǎn)成本降低的主要制約因素[4-7]。目前，國內(nèi)外研究通過添加固相燒結(jié)助劑和液相燒結(jié)助劑的特殊燒結(jié)方法以及采用超細(xì)原料[8]等方式解決這一問題。Zhu等[9]采用振蕩壓力燒結(jié)的方法在1 600 ℃的燒結(jié)溫度下，使ZTA陶瓷的抗彎強度和斷裂韌性分別達(dá)到1 145 MPa和5.74 MPa·m1/2。此外，眾多研究者熱衷于向ZTA復(fù)合材料中加入各種添加劑。Naga等[10]向ZTA陶瓷中添加Ta2O5，研究表明Ta2O5可以起到燒結(jié)助劑與穩(wěn)定劑的作用，促進了ZTA陶瓷的致密化，與純ZTA材料相比，添加體積分?jǐn)?shù)為0.36%Ta2O5的ZTA復(fù)合材料的抗彎強度可提高27.6%。然而添加固相燒結(jié)助劑，由于在燒結(jié)過程中缺少液相，致使基體內(nèi)的氣孔難以排除，材料的相對密度較低。Chae等[11]通過添加SiO2和滑石粉等與Al2O3-ZrO2形成低溫共熔相，出現(xiàn)的液相有利于物質(zhì)的溶解與析出，降低了ZTA陶瓷的燒結(jié)溫度。但添加液相燒結(jié)助劑，由于液相在冷卻后會轉(zhuǎn)變成脆性的玻璃相，導(dǎo)致材料的強度較低。

另一方面，社會與經(jīng)濟的發(fā)展使固體廢棄物產(chǎn)量與日俱增，不僅危害環(huán)境，而且浪費資源。……