第3期 葛泳等：掺杂氧化物对ZO,相结构稳定性及烧结性能的影响 ·309· 在1~2um之间，晶粒大小较为均匀，晶粒之间结合 5%Y,0-Z0,+4%A1,0 也更为致密.这说明通过掺杂的A山，O3在晶界处的 #A10, =三 聚集，抑制了晶粒的长大，促进了氧化钇稳定氧化锆 的陶瓷烧结 用阿基米德排水法测试以上两种烧结样品的相 对密度，它们的相对密度分别为93.3%和99%：后 5%Y0,-Z0 者的相对密度有所提高，这与扫描电镜观察到的结 100e 果一致，再次表明掺杂的A山，0，在高温烧结中不起 稳定化作用，而起到了促进烧结的作用. 人 3结论 60 20 (1)在Z02中掺杂摩尔分数5%的Y203或者 A山，03,870℃焙烧粉体前者为立方相，后者为四方 图65%Y203-Z02和5%Y,03-Z02+4%A山203陶瓷 相：它们的粉体成型后经1400℃烧结，前者在室温 XRD图谱X射线衍射谱 下仍能保持立方相，后者却得到的是单斜相 Fig.6 XRD patters of 5%Y20:-Zr02 and 5%Y20:Zr02 (2)在焙烧粉末中，Al3+固溶到Z02的晶格 +4%Al20:ceramics 图75%Y203-Z02(a)和5%Y20,-Z02+4%A山203(b)陶瓷的扫描电镜像 Fig.7 SEM images of 5%Y203ZrO2 (a)and 5%Y203-7r02 +4%Al2O3 (b)ceramics 中，对Z02四方相晶格起到稳定作用，而在其陶瓷 stabilization,an X-ray absorption study:II.Tetravalent dopants 中，A3+从Z02的晶格中扩散到晶界，对ZO2不起 JAm Ceram Soc,1994,77(5):1281 [5]Cohen I,Schaner B E.A metallographic and X-tay study of the 稳定作用，只起促进烧结和细化晶粒的作用 UO2-Zr0,system.J Nucl Mater,1963.9(1)18 [6]Rao P G.Iwasa M K,Wu J O,et al.Effect of Al,O:addition on 参考文献 Zr0,phase composition in the Al2O,Zr02 system.Ceram Int, Wang L S.Special Ceramic.Changsha:Central South University 2004,30:923 Press,1994 [7]Chandradass J,Balasubramanian M.Sintering behavior of sol-gel- (王零森.特种陶瓷.长沙：中南工业大学出版社，1994) derived alumina and alumina-zirconia minispheres.Mater Manuf 2]Mao J B,Chen K,Chen SZ.Microstructure and mechanical prop- Processes,2006,21:804 erties of Yb-Y-TZP.J Inorg Mater,1997,12(5):687 8] Hong J S,Dela Torre S D,Miyamoto K,et al.Crystallization of (毛骏飙，陈楷，陈少贞.Y,O,对YTZP陶瓷材料显微结构和 Al2O3/Zr0 solid solution powders prepared by coprecipitation. 力学性能的影响.无机材料学报，1997,12(5)：687) Mater Lett,1998,37:6 B]Chen SG,Yi YS,Zhou C H,et al.Application and study on the ) Kikkawa S,Kijima A,Hirota K,et al.Crystal structure of zirconia mechanism of the phase-stabilized zirconia.Chin Ceram Soc, prepared with alumina by coprecipitation.JAm Ceram Soc,2002, 2004,23(3):73 85(3):721 (陈守刚，尹衍升，周春华，等.氧化锆相变稳定机制的研究进 [10]Hodgson S N B,Cawley J,Clubley M.The role of Al2O;impuri- 展及应用.硅酸盐通报，2004,23(3)：73) ties on the microstructure and properties of Y-ZP.J Mater 4]Li P,Chen I W,Penner-Hahn J E.Effect of dopants on zirconia Process Technol,1999,92/93:85第 3 期 葛 泳等: 掺杂氧化物对 ZrO2相结构稳定性及烧结性能的影响 图 6 5% Y2O3 --ZrO2 和5% Y2O3 --ZrO2 + 4% Al2O3 陶瓷 XRD 图谱 X 射线衍射谱 Fig． 6 XRD patterns of 5% Y2O3 -ZrO2 and 5% Y2O3 -ZrO2 + 4% Al2O3 ceramics 在 1 ～ 2 μm 之间，晶粒大小较为均匀，晶粒之间结合 也更为致密． 这说明通过掺杂的 Al2O3 在晶界处的 聚集，抑制了晶粒的长大，促进了氧化钇稳定氧化锆 的陶瓷烧结． 用阿基米德排水法测试以上两种烧结样品的相 对密度，它们的相对密度分别为 93. 3% 和 99% ; 后 者的相对密度有所提高，这与扫描电镜观察到的结 果一致，再次表明掺杂的 Al2O3 在高温烧结中不起 稳定化作用，而起到了促进烧结的作用． 3 结论 ( 1) 在 ZrO2 中掺杂摩尔分数 5% 的 Y2O3 或者 Al2O3，870 ℃ 焙烧粉体前者为立方相，后者为四方 相; 它们的粉体成型后经 1 400 ℃ 烧结，前者在室温 下仍能保持立方相，后者却得到的是单斜相． ( 2) 在焙烧粉末中，Al 3 + 固溶到 ZrO2 的晶格 图 7 5% Y2O3 --ZrO2 ( a) 和 5% Y2O3 --ZrO2 + 4% Al2O3 ( b) 陶瓷的扫描电镜像 Fig． 7 SEM images of 5% Y2O3 -ZrO2 ( a) and 5% Y2O3 -ZrO2 + 4% Al2O3 ( b) ceramics 中，对 ZrO2 四方相晶格起到稳定作用，而在其陶瓷 中，Al 3 + 从 ZrO2 的晶格中扩散到晶界，对 ZrO2 不起 稳定作用，只起促进烧结和细化晶粒的作用． 参 考 文 献 ［1］ Wang L S． Special Ceramic． Changsha: Central South University Press，1994 ( 王零森． 特种陶瓷． 长沙: 中南工业大学出版社，1994) ［2］ Mao J B，Chen K，Chen S Z． Microstructure and mechanical prop￾erties of Yb-Y-TZP． J Inorg Mater，1997，12( 5) : 687 ( 毛骏飙，陈楷，陈少贞． Yb2O3对 Y-TZP 陶瓷材料显微结构和 力学性能的影响． 无机材料学报，1997，12( 5) : 687) ［3］ Chen S G，Yi Y S，Zhou C H，et al． Application and study on the mechanism of the phase-stabilized zirconia． J Chin Ceram Soc， 2004，23( 3) : 73 ( 陈守刚，尹衍升，周春华，等． 氧化锆相变稳定机制的研究进 展及应用． 硅酸盐通报，2004，23( 3) : 73) ［4］ Li P，Chen I W，Penner-Hahn J E． Effect of dopants on zirconia stabilization，an X-ray absorption study: Ⅱ． Tetravalent dopants． J Am Ceram Soc，1994，77( 5) : 1281 ［5］ Cohen I，Schaner B E． A metallographic and X-ray study of the UO2 -ZrO2 system． J Nucl Mater，1963，9( 1) : 18 ［6］ Rao P G，Iwasa M K，Wu J Q，et al． Effect of Al2O3 addition on ZrO2 phase composition in the Al2O3 -ZrO2 system． Ceram Int， 2004，30: 923 ［7］ Chandradass J，Balasubramanian M． Sintering behavior of sol-gel￾derived alumina and alumina-zirconia minispheres． Mater Manuf Processes，2006，21: 804 ［8］ Hong J S，Dela Torre S D，Miyamoto K，et al． Crystallization of Al2O3 /ZrO2 solid solution powders prepared by coprecipitation． Mater Lett，1998，37: 6 ［9］ Kikkawa S，Kijima A，Hirota K，et al． Crystal structure of zirconia prepared with alumina by coprecipitation． J Am Ceram Soc，2002， 85( 3) : 721 ［10］ Hodgson S N B，Cawley J，Clubley M． The role of Al2O3 impuri￾ties on the microstructure and properties of Y-TZP． J Mater Process Technol，1999，92 /93: 85 ·309·