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Al2O3-ZrO2复合材料具有优良的性能如高硬度、高强度、高韧性及良好的抗热震性能被广泛应用于刀具,生物医学植入体及结构件等领域。传统的用于制造Al2O3-ZrO2陶瓷的成型方法有干压成型、等静压成型及流延成型等。然而,这些传统的制造技术具有很大的局限性,很难用于制造具有复杂形状的零件和需要高精度的零件,并且,这些传统的制造技术在制造过程中需要模具及后加工处理,这使得制造成本及加工时间大幅度上升,大大限制了其广泛应用。因此,非常有必要寻找一个更有效、更经济的方法来制造复杂形状陶瓷,将增材制造技术引入Al2O3-ZrO2陶瓷的制备能有效的克服上述问题,并且,为此项技术的应用提供了全新的可能性。本文采用SLA光固化成型技术制备出了高性能的Al2O3-ZrO2复合材料,并详细研究了烧结温度,浸渗组元及工艺对 Al2O3-ZrO2复合材料的密度、显微结构及力学性能的影响。 首先,本文通过优化粉体固含量及分散剂的含量,制备出了低粘度的陶瓷浆料,并通过光固化成型制备出陶瓷坯体,最后,对不同烧结温度下 Al2O3-ZrO2复合材料的物相组成、显微形貌、相对密度及力学性能展开研究。研究结果表明:Al2O3-ZrO2复合材料硬度随烧结温度升高先增大后降低,韧性随烧结温度增大而增大。在烧结温度为1550℃,样品有较好的综合性能,硬度为17.60GPa,韧性为4.98MPa·m1/2。然而,从显微结构形貌中可看出,其晶粒尺寸偏大,使其硬度有所下降。最后,通过复杂形状陶瓷的制备证明了光固化成型方法的优越性和可能性。 为了进一步获得高性能的 Al2O3-ZrO2复合陶瓷材料,本课题通过循环浸渗-原位沉淀工艺向预烧坯体中浸渗含Ti4+液相前驱体溶液。由于Ti4+容易取代Al3+造成阳离子缺位,活化晶格,促进烧结和晶粒长大,因此,可以通过调整 Ti4+含量,改善 Al2O3-ZrO2复合材料陶瓷性能,实验结果表明:浸渗后的样品的密度降低,硬度减小,韧性增大,尤其在两次浸渗后,渗入量为2wt%时,其韧性从5.35MPa·m1/2增大到5.81MPa·m1/2。 最后,本文在光固化成型法制备的 Al2O3陶瓷坯体上,借助于浸渗-原位沉淀法渗入Zr4+,并采用1450℃和1550℃两种烧结温度来制备Al2O3-ZrO2复合材料。XRD研究结果表明,样品中主要为Al2O3相和t-ZrO2相,且t-ZrO2相峰强随ZrO2引入量的增加而增大。SEM图表明ZrO2晶粒均匀的分布在Al2O3晶粒的晶界处,抑制Al2O3晶粒的异常长大。在1550℃下,经过1.5mol/L溶液浸渗制备的样品致密度接近100%,与未浸渗的样品相比,其力学性能得到显著提高,硬度和韧性分别从16.99GPa和4.80 MPa·m1/2提高到19.71GPa和5.06MPa·m1/2。同时还发现,降低烧结温度至1450℃(硬度20.95GPa和韧性4.97 MPa·m1/2),在韧性接近的情况下,硬度要高于1550℃下烧结的样品。因此,通过浸渗不仅可以提高光固化成型Al2O3陶瓷的力学性能,还可以将其烧结温度降低100℃。