文章编号:１００１-９７３１(２０１８)０６-０６１９０-０６
稀土氧化物掺杂对氧化铝陶瓷力学性能和摩擦磨损性能的影响*杨尚余,邢学刚,张娇娇,王昊,司马林,王鹤峰
(太原理工大学力学学院,太原０３００２４)
摘要:研究氧化铝陶瓷的摩擦磨损特性随不同稀土氧化物掺杂的变化规律三方法制备不同稀土氧化物掺杂的氧化铝陶瓷样品,采用球-盘磨损方法进行摩擦磨损实验三分析掺杂后氧化铝陶瓷磨损前后的形貌二物相组成及元素组成,测试掺杂后氧化铝陶瓷相对密度和显微硬度三结果表明,掺杂后氧化铝陶瓷主要由α-Al２O３相组成,Y２O３和CeO２掺量的逐渐增加有相应复合氧化物次晶相形成三不同稀土氧化物及添加量对氧化铝陶瓷的致密化和力学性能出现不同的影响,就晶粒尺寸而言,３种稀土氧化物掺量为０.５％时,晶粒最细;就致密化而言,添加Y２O３和CeO２的陶瓷最优掺量为０.５％,添加La２O３的陶瓷最优掺量为１.５％;就硬度而言,添加Y２O３和CeO２的氧化铝陶瓷最优掺量为１.５％,添加La２O３的氧化铝陶瓷最优掺量为０.５％三
在干摩擦条件下,３种稀土氧化物掺杂后的试样磨损体积都在添加量为０.５％时达到最小值,氧化铝陶瓷磨损失重随着添加量的增加而变大三掺量为０.５％时,３种稀土氧化物掺杂的陶瓷均呈现较好的耐磨性能,其磨损机制以磨粒磨损为主三
关键词:氧化铝陶瓷;稀土氧化物;力学性能;摩擦磨损性能
中图分类号: TS２０６文献标识码:A DOI:１０.３９６９/j.issn.１００１-９７３１.２０１８.０６.０３２
０ 引言
氧化铝陶瓷具有机械强度高二高硬度二耐磨耐腐
蚀二耐高温二质量轻二绝缘性好等特点,广泛应用于纺
织二煤炭二石油二化工二电子及建筑等行业,是一种成本
低廉用途广泛的陶瓷材料[１]三但因单纯的氧化铝陶瓷韧性差,强度和耐磨性有待提高,限制其应用领域进一
步扩宽三利用多元相协同改性成为提高氧化铝陶瓷力
学性能和耐磨性能的研究方向[２-３]三
研究表明[４]:氧化镁在烧结过程中会成为晶体长大的核心,有利于消除胚体中较大空隙,促进致密化和抑制晶体增长;二氧化钛能够降低液相粘度促进烧结;二氧化硅在TiO２作用下烧结过程中与Al２O３生成莫来石促进晶体增长;氧化钙在烧结过程中与Al２O３发生共熔有利于固相反应的进行三加入少量稀土氧化物可以促进Al２O３与其它烧结助剂组分反应生成熔点较低的液态相,通过晶粒间隙的毛细管作用,利用液相填充空隙,使陶瓷致密化[５]三另外,稀土阳离子半径较铝离子大很多,离子半径的差距使它们难以固溶,因此稀土元素主要存在Al２O３晶界上,并且具有玻璃网状结构的稀土氧化物体积较大,难以移动,阻碍了其他离子迁移,使晶界迁移速率降低,抑制晶粒畸形长大,使结构致密[６]三掺入晶界玻璃相的稀土氧化物能够改善玻璃相的强度进而增强陶瓷的力学性能[７-８]三稀土氧化物添加越多,降低烧结温度的效果越明显,但是过量的添加会使陶瓷力学性能变差[９-１２]三
本文较系统的研究了３种稀土氧化物不同添加量对氧化铝陶瓷的微观结构,力学性能和摩擦磨损性能的影响三
１实验
１.１试样的制备
实验所用氧化铝粉末为上海加成化工有限公司生产的超细商品α-Al２O３,纯度为９９.９％,平均粒度为０.３μm三加入的烧结助剂为H３BO二SiO２二M g O二TiO２三３种稀土氧化物为La２O３二Y２O３二CeO２三配料各组分比例如表１所示三
按照各组分比例在电子天平上精确称取各粉料,将其混合置于聚氨酯球磨罐中,在行星式球磨机中研磨混料１２h三研磨后的料浆在烘箱中烘干,用研钵将结块的粉料研碎,加入质量比１５％的石蜡炒蜡,过４０目筛造粒三称取２g粉料在液压压片机上利用磨具压片(压力１０MPa,保压１０min)三将脱模后的胚片置于硅钼棒炉中１５５０?下保温２h烧结三
１.２性能的表征
采用阿基米德排水法测量试样体积密度,进而计算出相对密度;通过配有X射线能谱仪(EDS)的JE-OL JSM-７１００F型场发射扫描电镜(SEM)观测试样表面微观形貌,使用点扫模式对成分半定量分析,面扫模式测定元素密度分布;借助DX-２７００型X射线衍射仪
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０２０１８年第６期(４９)卷
*基金项目:国家自然科学青年基金资助项目(１１７０２１８５);山西省高等学校科技创新基金资助项目(２０１４j y t０３)
收到初稿日期:２０１７-１２-１８收到修改稿日期:２０１８-０４-０９通讯作者:王鹤峰,E-mail:wan g hefen g＠t y https://www.doczj.com/doc/3c2378311.html, 作者简介:杨尚余(１９９０-),男,山西人,硕士,主要研究方向为陶瓷材料改性三
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