增韧ZrO2陶瓷的制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着现代科学技术的发展和社会的进步，生物陶瓷已成为口腔修复材料的新宠。它不仅具有高强度，优良的耐腐蚀性和耐磨损性，而且具有极好的生物相容性和美学性能。但陶瓷固有的脆性，极大程度上限制了其应用范围，因此改善陶瓷材料的脆性，成为陶瓷材料研究的重点和热点。

近年来围绕改善陶瓷的韧性和强度，国内外学者研究了各种增韧机制，相变增韧、弥散增韧、复合增韧等手段制备的陶瓷基材料，在韧性和强度上得到了很好的改善。zro₂是常见的陶瓷增韧材料，四方相zro₂转化成单斜zro₂属于马氏体相变，是zro₂陶瓷实现增韧作用的基础。但研究发现，zro₂陶瓷在烧结降温过程中，马氏体相变的体积变化超过zro₂晶粒的弹性限度，若zro₂陶瓷材料未经过稳定化处理，相变时会在材料表面诱发大量的裂纹使材料解析为细粉而无法利用。目前zro₂陶瓷常见的稳定剂是y₂o₃、cao、al₂o₃、ceo₂、mgo等氧化物，使之与zro₂形成固溶体和复合体，改变晶体内部结构，形成亚稳定的四方相或立方相，起到稳定的作用。

zro₂陶瓷粉体的制备对成品的性能起到了至关重要的作用，一直也是陶瓷材料研究的重要内容。随着新技术的不断出现，zro₂陶瓷粉体制备方法主要有机械研磨法，化学沉淀法、电化学沉积法、溶胶-凝胶法等。陈继贵等人以硝酸锆为前驱体，加入掺杂的硝酸钐，加入适量的复合沉淀剂(缓冲溶液)，生成氢氧化锆和氢氧化钐的共沉淀物，经过醇洗，煅烧生成sm₂o₃稳定的zro₂粉体。张大海等人以无机盐硝酸氧锆 zro (no₃)₂·2h₂o,硝酸铝 al (no₃)₃·9h₂o为主要原料，用溶胶-凝胶法制备出 50%质量分数 al₂o₃-50%质量分数 zro₂超细复合陶瓷粉体。heijiman 和 kerkwijk 等人采用多相悬浮液混合工艺，以 zrcl₄、氨水为原料制得 zr(oh)₄，煅烧得到 zro₂；以 hno₃为稳定剂制成 zro₂悬浮液，再将工业 al₂o₃制备成稳定分散的悬浮液,分别经过球磨处理，按一定比例混合、过滤、干燥制成 85%质量分数 al₂o₃-15%质量分数 zro₂粉体。通过分析zro₂陶瓷粉体的制备方法可以发现，溶胶-沉淀法制备的zro₂纳米粉体与其它方法相比，具有生产周期短，生产设备简单，粉体纯度较高，粒径小等独特的优势，受到世界范围内相关研究人员的广泛关注。同时溶胶-沉淀法制备的zro₂粉体粒径小到微纳米级别，具有巨大的比表面积和比表面能，因而能够提高烧结驱动力和扩散速度，使得烧结速度加快，能够在较低烧结温度下制备出高致密性、细晶粒的高强度陶瓷。

烧结是制备陶瓷材料不可或缺的环节，直接影响到陶瓷显微结构中晶粒、气孔的尺寸和分布等参数。zro₂粉体的烧结方法主要有无压烧结，热等静压烧结，反应烧结，气氛加压烧结等。其中无压烧结是zro2陶瓷最常见的烧结方式，如余明清等人采用热分解法制备al₂o₃微粉、化学共沉淀法制备(y,ce)—zro₂超细粉,通过无压烧结工艺制备出zro₂/al₂o₃复合陶瓷。此类工艺的特点是工艺简单，成本低，易于制备复杂形状坯体，可大批量生产。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

（1）溶胶-沉淀法制备zro₂微粉。主要探讨ph值、热处理温度等工艺参数对制备zro₂微粉的影响。本项目选择氧氯化锆为前驱体，用氨水调节溶液的ph值，形成溶胶，并使其沉淀，获得zro₂微粉。

（2）增韧zro2陶瓷制备。主要研究稳定剂用量、掺入方式、烧结温度等因素增韧zro₂陶瓷的影响。通过改变zro₂/稳定剂的比例和烧结温度，来改变增韧zro₂陶瓷的性能和结构。用xrd分析增韧zro₂陶瓷的成分，sem来表征产物表面形貌，抗压强度是检测产物强度的重要参数。

（3）探讨zro₂陶瓷增韧的方法和机理。通过对稳定剂选择和制备工艺的研究，能较好的解释烧结温度、稳定剂掺入方式和用量与zro₂陶瓷抗压强度的依赖关系，并探讨zro₂陶瓷增韧的机理，为以后的研究及其应用打下一定的理论基础。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，了解课题研究需要的设备以及相关测试方法。明确研究内容，确定实验方案，完成开题报告。

第3-10周：根据研究的技术路线，初步确定实验方案，并进行相关的试验研究。

第11-13周：根据结构和性能要求，制备合成目标产物，进行材料组成、相貌测试及分析。

第14-15周：完成并修改毕业论文，准备毕业答辩

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 徐黎岭.氧化锆多孔凝胶和气凝胶的制备[d].杭州：浙江大学.2011．

[2] 冯春霞.氧化铅基复相陶瓷的制备及其性能研究[d].南京工业大学.2005.

[3] 丛妍，李斌，刘东平，等.微量钛掺杂的纳米二氧化锆相变过程中的光学性质. 无机化学学报[j], 2010,26(12):2233-2236.

[4] 梁晨.氧化锆气凝胶多孔材料的制备及性能研究[d].哈尔滨工业大学.2015.