[發(fā)明專(zhuān)利]一種直流電場(chǎng)輔助的氧化鋯陶瓷塑性加工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811617032.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109553414A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高燕;周銳;劉佃光;劉金鈴
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/48
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/48;C04B41/80
• 代理公司: 成都信博專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 王沙沙

本發(fā)明公開(kāi)了一種直流電場(chǎng)輔助的氧化鋯陶瓷塑性加工方法，包括以下步驟：步驟1：采用Y₂O₃穩(wěn)定ZrO₂粉體，經(jīng)過(guò)模壓、燒結(jié)后得到3YSZ試樣；步驟2：將試樣以10℃/min的升溫速率加熱至600～900℃，保溫30 min；步驟3：在600～900℃溫度條件下，在試樣兩端施加電流密度為50～400mA/mm²的直流電場(chǎng)，保持5min后對(duì)試樣進(jìn)行拉伸，完成塑性加工；本發(fā)明利用直流電場(chǎng)輔助下的電致塑性效應(yīng)和電熱效應(yīng)，提高變形速率、降低塑性加工所需要提供的環(huán)境溫度的同時(shí)，降低塑性加工過(guò)程中的變形抗力，提高塑性加工的延伸率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷材料塑性加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直流電場(chǎng)輔助的氧化鋯陶瓷塑性加工方法。

背景技術(shù)

氧化鋯(ZrO₂)是一種具有高硬度、低導(dǎo)熱率、高韌性、良好的耐磨耐蝕性及高溫離子導(dǎo)電性的陶瓷材料；由于氧化鋯陶瓷及其復(fù)合材料在不同條件下具有某些獨(dú)特的性能(如半導(dǎo)體性、敏感功能性和增韌性)；因此隨著電子和新材料工業(yè)的發(fā)展，氧化鋯陶瓷主要作為耐火材料應(yīng)用已成過(guò)去；在電子陶瓷、功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷等方面的應(yīng)用迅速發(fā)展；但是氧化鋯陶瓷特有的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的性質(zhì)決定了它是一種本征脆性的材料，難以使用傳統(tǒng)的塑性加工方法來(lái)制造形狀復(fù)雜且大型的陶瓷構(gòu)件，因此極大的限制了其應(yīng)用范圍。

目前關(guān)于氧化鋯陶瓷塑性加工的研究一般是針對(duì)超細(xì)晶氧化鋯陶瓷在較高形變溫度和較低形變速率的塑性變形；這是由于實(shí)現(xiàn)氧化鋯陶瓷超塑性需要滿(mǎn)足晶粒尺寸細(xì)小(通常＜1μm)和形變溫度T＞0.5T_m(T_m為熔點(diǎn))的條件；例如“The high temperaturemechanical characteristics of superplastic 3mol％yttria stabilized zirconia[J].Acta Materialia,1998,46(2):667-679.”中講述了氧化鋯陶瓷在一系列形變速率、溫度和晶粒尺寸范圍內(nèi)的變形，其最大應(yīng)變速率在10^-4s^-1數(shù)量級(jí)，試樣最大延伸率僅為65％；如此低的應(yīng)變速率以及有限的延伸率難以滿(mǎn)足氧化鋯陶瓷塑性加工的工業(yè)應(yīng)用需求；例如“Microstructural examination in high-strain-rate superplastically deformedtetragonal ZrO₂dispersed with 30vol％MgAl₂O₄spinel[J].Journal of MaterialsResearch,2007,22(03):801-813.”中提到鎂鋁尖晶石摻雜氧化鋯復(fù)相陶瓷在1500℃的高溫和10^-4～10^-1s^-1應(yīng)變速率下變形，試樣最大延伸率達(dá)600％，但其中存在的不足是形成復(fù)相氧化鋯陶瓷改變了氧化鋯材料的單一組分，不適用于加工純的氧化鋯材料，因而不具有普遍性；其次，由于復(fù)相結(jié)構(gòu)的特性，在變形后的試樣中觀察到了尖晶石的組織變形，并且氣孔沿垂直于加載的方向進(jìn)行連接，所以變形后材料的強(qiáng)度不能得到保證；“Effect ofprestraining on cavity morphology in a superplastic 3mol％Yttria-stabilizedtetragonal zirconia(3Y-TZP)[J].Scripta Materialia,1998,39(1):119–124.”中提到3YSZ陶瓷在1400℃和10^-3s^-1的應(yīng)變速率下達(dá)到130％的預(yù)應(yīng)變后，再以10^-4s^-1的應(yīng)變速率進(jìn)行變形，可以達(dá)到280％的延伸率；雖然實(shí)驗(yàn)證明引入預(yù)應(yīng)變能夠有效減少變形后試樣內(nèi)的氣孔，有助于保證變形后材料的強(qiáng)度；但是引入預(yù)應(yīng)變?cè)黾恿怂苄约庸さ墓ば颍黾恿四芎模⑶叶嗡苄约庸さ膽?yīng)變速率仍然很低，不利于塑性加工高效化。