ZrO2晶须增强多孔ZrO2陶瓷基复合材料的制备和性能

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1、Zr02晶须增强多孔Zr02陶瓷基复合材料的制备和性能·PreparationandPropertiesofPorousZr02CeramicMatrixCompositesReinforcedWithZr02Whisker西北T业大学超高温结构复合材料重点实验室山东工业陶瓷设计研究院【摘要】以ZrO(N03)2·2H20和四方Zr02晶须为原料，采用醇一水溶液加热法并结合冷冻干燥法制备了多孔z向2f。仁帕2陶瓷基复合材料。研究了四方Zr02晶须对多孔ZrO：，。／ZrO：复合材料相成分、微结构、热导率及抗压强度的影响。结果表明

2、，ZrO：晶须可以有效抑制ZrO，由四方相转变为单斜相。当烧结温度为l100。C时，多孔z蛾。。犯r02复合材料全部为四方相，其热导率远小于全部为单斜相的多孔ZrO，陶瓷，抗压强度明显大于多孔Z向，陶瓷。关键词：ZrO：晶须隔热材料热导率抗压强度lABSTRACTlAZr02(w／Zr02ceramicmatrixcom—positeisfabricatedbyusingheatingalcohol--aqueoussolu··tionandfreeze-dryingmethodwithZrO(N03)2‘2H20andtetr

3、agonalZr02whiskerasstartmaterials．TheeffectsoftetragonalZr02whiskeronthephasecomposition，micro—structure，thermalconductivityandcompressivestrengthofporousZr02(w／Zr02compositeareinvestigated．TheresultsindicatethatZr02whiskercouldrestrainthetransforma—tionofZr02fromtet

4、ragonaltomonocliniceffectively．Whenthesinteringtemperatureis1100。C，porousZr02(JZr02compositeiscomposedoftetragonalphase，andZr02ceramiciscomposedofmonoclinicphase．ThethermalconductivityofporousZr02(w／Zr02compositeisfarlessthanthatofporousZr02ceramic．Andthecompressives

5、trengthofporousZr020JZr02compositeismuchhigherthanthatofporousZr02ceramic．Keywords：Zr02whiskerInsulationmaterialThermalconductivityCompressivestrength随着航空航天技术的发展，飞行器热结构用轻质隔热材料日益受到关注。在轻质、耐高温、抗热震、热化学稳定性好的前提条件下，要求轻质隔热材料具有一定的强度。ZrO，具有优良的热学、机械、光学和电学等性质，广泛应用于隔热防护、刀具、发动机部件和

6、燃料电池等领域。不同晶型结构的ZrO：的热物理性质存在76航窄制造技术·2010年第儿期白龙腾成来飞殷小玮李向明张立同高芳很大差异，与单斜、立方ZrO：相比，四方ZrO：具有低的热导率和热扩散系数，高刚性和耐磨性等特点，但四方ZrO：材料在制备过程中极易发生晶型转变，产生的大量裂纹会严重降低材料的强度。因此，制备单一稳定的四方ZrO：隔热材料成为ZrO：隔热材料研究的难点之一。ZrO，气凝胶【l。1是以无机盐或金属醇盐为原料，经溶胶、凝胶和干燥等步骤制备的轻质多孑L纳米材料，将材料低温焙烧可得到四方ZrO，粉体。醇一水溶液加热法

7、是一种较新的气凝胶制备方法f4J，可以制得粒径均匀的高纯四方ZrO，l引。该方法不需要添加分散剂和稳定剂，不需要调节pH值，且简单易行、成本低，产率较高。向陶瓷中加入晶须是提高其抗压强度的一种有效途径。晶须是以单晶结构形式生长，尺寸细小的高纯度针状纤维材料，其结构完美，内部几乎无缺陷，强度和模量均接近晶体材料的理论值陋l，它的存在可减少缺陷生成和阻止裂纹扩展。四方ZrO：晶须除了具有ZrO：良好盼I生质之外，其特殊结构决定了作为新型复合材料增强体的优势。迄今为止，有关采用ZrO：晶须制备隔热材料的报道较少，尚不清楚添加四方ZrO

8、，晶须对多孑LZ国，陶瓷性能的影响规律。为了制备轻质四方ZrO，晶须增强ZrO：复合材料，本课题采用醇一水溶液加热法并结合冷冻干燥法，以ZrO(NO，)，·2H：0为原料，向原料中加入四方ZrO，晶须，制备了ZrO：晶须增强多孔ZrO：复合材料(ZrO：，。尼r