氧化锆_莫来石复合材料的机械性能和热性能
锆英石-莫来石复合材料的抗热震性和抗疲劳性
４６ ・
ＲＥＦ ＲＡＣＴ ＯＲＩ ＥＳ ＆ Ｌ Ｉ ＭＥ
Ａ ｕ ｇ ． ２ ０ １ ３
Ｖｏ １ ． ３பைடு நூலகம் ＮＯ ． ４
锆 英 石一 莫 来 石 复 合材 料 的 抗 热震 性 和抗 疲 劳性
摘 要 ：锆英石一 莫来石（ Ｚ ｒ Ｓ ｉ Ｏ 一 ３ Ａ １ ： ０ ， ・ ２ Ｓ ｉ Ｏ ） 复合材料是许多工业 中应 用的耐火材料 。由于有时该材 料的疲
和强度 所涉 及到 的机 理 。加 工 出 了具有 Ｓ ｉ Ｃ晶须 的
锆 英 石复 合材 料 ， Ｋ ｏ ｎ ｄ ｏ ｈ对该 复 合 材 料 进 行 研 究 ，
也取 得 了较 好 的 机械 性 能 。Ｄ ｅ ｎ ｇ证 实 ， 将 ２ ０ ％Ｓ ｉ Ｃ
或Ｔ ｉ Ｃ颗 粒加 入到 锆英 石｝ 昆合料 中提 高 了抗 裂 纹 的 扩展 性 。研究 了莫来 石一 锆英 石颗 粒 （ ＭＺ ） 对采用 泥 浆浇 注法 制 备 的锆 英 石 复 合 材 料 的 抗 热 震 性 的 影 响 。当 ＭＺ的 比例 超过 ２ ５ ％（ 质量 ） 时， 就不 能 将 该
能 再加 上 良好 的 机械性 能使 这种 耐火 材料 成为 应用 结 构 陶瓷有潜 力 的选 择 材 料 ， 其 广 泛 应 用 于玻 璃 工
业 和熔 盐工 业 。抗热震 性 是 由于材料 损坏 或破 坏程 度 影 响锆英 石性 能 的一种 性能 。 由于热震 条 件而影
响锆英 石 基耐火 材料 的损 坏有 时使 其应 用受 到 了限
（ Ｔ Ｆ Ｒ） 。虽 然 研 究 的 显 微结 构 的 构 造 不 同 ， 但 是 该 组 材 料 的 实 验 性 能 几乎 相 同 。另 外 ， 在Ｔ Ｆ Ｒ 中评 价 的 稍 有 的 一 点
锆石及锆石-莫来石复合物的热力学特性
的抗焦 炭 及 油 灰 冲 击 性 能 ， 使其能 应用在锅 炉上。 氧 化锆 耐 材具 有高 抗腐 蚀 性及 低膨 胀 系数 。锆 质耐 材 有 较高 的热 震稳 定性 和 低热 剥落 性 。含 氧化 铝 和
莫 来 石 的氧化 锆耐 材适 用 于暴 露在 强 热 冲击及 剧烈
首先 锆石 在 Ａ １ Ｏ 环境 下形１ Ｏ 并 与其 反 应 以最 稳
表现 出 明显 的依赖 。原 生锆 石矿 中的杂 质如 Ａ １ ： Ｏ 、 Ｔ ｉ Ｏ ： 、 Ｆ ｅ Ｏ ， 和 Ｈ ｆ Ｏ ： 使 低 于 分 解 温 度 的熔 点 降低 。
最低 的 生成温 度 （ １ ３ ３ ３ ｏ Ｃ） 仍 比最 低 的再 结 合 温 度
１ ７ ０ ０ ｃ 【 ＝ 时 仍可 保 持 稳 定 状 态 。在 更 高 的 温 度 下 则 分解 成 氧化 锆 （ Ｚ ｒ Ｏ ） 和石英 （ Ｓ ｉ Ｏ ） 或方石英 ， 一 种
广 泛 的研 究 。通 过 煅烧 不 同 含 量 的 锆 石 制 备 出 一 系 列 的 锆 石 一 莫 来 石 复 合物 （ Ｚ Ｒ Ｍ） 。测 试 改 变 锆 石 含 量 的 百 分 比 对 致 密度 、 相分析和强度的影响。研究分析了氧化锆 含量对热学和 热力学 性质 （ 如Ｒ Ｕ Ｌ 、 Ｔ Ｓ Ｒ、 Ｈ ＭＯ Ｒ和 Ｐ Ｌ Ｃ） 的 作 用 。氧 化 铮 莫 来 石 质 复 合 物 的相 分 析 表 明 ， 高 温 时 游 离 锆 石 的 出 现 可 以改 善 其 性 能 。与 无 莫 来 石 质 的 锆 石 和 锆 石
在 １ ４ ４ ０ ℃可 以保 持 稳 定 形 态 的二 氧 化 硅 物 质 。锆 硅 酸盐 可 由加 热 四方 氧 化 锆 和 二 氧 化 硅 至 １ ４ ６ ０ ℃
莫来石-尖晶石-氧化锆复合材料的合成及特征
３ 结 果 及 讨 论
三元 系镁 铝 硅 的 相位 图 中 ，这 些 成 分 处 于 由 尖 晶石 、 刚 玉 和莫 来 石形 成 的 相 容 三 角 形 中 ，尖
多 液 相 。 对 于 成 分 Ｉ 成 分 Ⅱ，显 气 孔 率 在 和
１０ ℃ １ ０ ℃ 之 间 变 化 不 大 （ ２ ， 而 在 ４０ ５０ 图 ） １ ０ ℃ １０ ℃ 之 间 变化 明 显 。 这 就 暗示 了 在 这 ５０ ６０
一
温 度 范 围 内更 多 液 相 的形 成 。除 了在 最 初 的温
Ｐ Ａ作 为粘合 剂 ，在 ２０ ｋ ｃ 压 力下 压 实 。 Ｖ ０ ０ ｇ・ ｍ 这 些 物 质在 自然 冷却 之 后 ，浸 泡 ２ ，在 １０ ￣ ｈ ４０Ｃ、
１０ ℃及 １０ ℃下烧 制。烧 制后 的体积密度 、体 ５０ ６０
积 变 化 、烧 结 物 质 的粉 末 密 度 及 抗 压 强 度 通 过 传 统 的程 序 来 确 定 。烧 结 试 样 中 的这 些 相 利用 菲 利 浦 衍 射计 （Ｍ 一 ９０ 来 进行 分 析 。试 样 的 显微 结 Ｐ ９２ ） 构 利 用扫 描 电子 显 微 镜 （Ｅ Ｌ４０ 进 行 研究 。 ＪＯ ０ ）
被 用来制 备先 质材料 。压实粉 末混合物 在不同温 度下烧制 （ 大约在 １４ ￣ ４ ０Ｃ、１５ ￣ １ ０ ￣ ，烧坯 获得很 高 ５ ０Ｃ和 ６ ０Ｃ）
的密度 。它们 的压缩 强度随氧化锆含 量和烧 结温度的增加而 增强 ，同时发现气孔 率作为批料成 分的一项 函数 发 生变化 。这些性 能与烧坯 的显微结构和相分布有关 。
莫来石基层状陶瓷复合材料的力学性能研究
莫来石基层状陶瓷复合材料的力学性能研究专业：材料科学与工程姓名：张磊指导老师：高魁摘要：本文通过莫来石及其复相材料力学性能为入手点，结合莫来石层状陶瓷复合材料的显微结构与力学性能的关系以及影响，描述了莫来石层状陶瓷复合材料的力学性能。
关键词：莫来石，显微结构，力学性能Mullite layered ceramic research on mechanical properties ofcomposite materialsAbstract:This article through the mullite and its composites at room temperature strength, high strength, high temperature creep resistance, thermal shock stability and the mechanical property of ceramic material for the starting point; binding mullite laminate ceramic composite material microstructure and mechanical properties of relationship and influence to cut into the surface. A rough description of mullite ceramic composites mechanical properties of layered．Key words: mullite，microstructures，mechanical properties目录1前言 (4)2陶瓷基层状复合材料力学行为 (4)2.1 陶瓷基层状复合材料断裂行为 (4)2.2 抗弯强度σ1 (5)2.3断裂韧性K IC和断裂功W (5)2.4 抗拉强度σT (5)2.5 界面剪切强度 (6)2.7抗热震性能 (6)3显微结构与力学性能的关系 (7)3.1显微结构中对力学性能的影响因素 (7)3.2 显微结构对莫来石的影响结果 (7)3.3 显微结构对提高莫来石性能的影响 (8)3结语 (9)参考文献 (10)1前言膜来石是陶瓷和耐火材料中最常见的氧化物之一，接近于斜方晶系，它具有高的熔点（1 870 Cº），良好的高温力学、高温热学性能. 以莫来石为主晶相的莫来石制品高温结构强度高、高温蠕变率小、抗化学侵蚀性能好. 与以刚玉为主晶相的硅酸铝系制品相比，它具有较小的热膨胀系数和较好的抗热震稳定性. 但是，在对抗热震性要求较高的使用条件下工作的耐火制品（如窑具、工业用热交换器等），它还是不能达到使用要求。
氧化锆使用温度范围
氧化锆使用温度范围
氧化锆是一种重要的陶瓷材料，具有优良的高温性能。
它的使用温度范围广泛，可以适应各种工业领域的需求。
在常温下，氧化锆具有良好的物理和化学稳定性。
它可以承受高达2500摄氏度的极高温度，而不会发生形变或熔化。
这使得氧化锆在高温炉、熔融玻璃窑等高温环境中得到了广泛应用。
此外，氧化锆的热膨胀系数与许多金属接近，因此可以与金属材料进行良好的连接，提高了其在高温环境下的应用性能。
氧化锆在高温下具有优异的化学惰性。
它不易与其他物质发生反应，即使在高温、高压、强酸、强碱等恶劣条件下，也能保持其稳定性。
这使得氧化锆在化学工业中被广泛应用于制造耐腐蚀设备和化学反应容器。
例如，氧化锆可以用于制造高温炉中的炉膛、炉门和炉衬等部件，以及耐腐蚀的反应器和管道。
氧化锆在高温环境下还具有优异的机械性能。
它的强度和硬度都很高，可以耐受高温下的压力和摩擦。
因此，在航空航天、能源、机械制造等领域中，氧化锆被广泛应用于制造高温部件和耐磨损零部件。
例如，它可以用于制造高温涡轮叶片、燃烧室衬板和气体涡轮引擎等关键部件。
氧化锆具有广泛的使用温度范围，可以适应各种高温环境下的需求。
其优异的高温性能使其成为许多工业领域中不可或缺的材料。
无论
是在高温炉中还是在化学反应器中，氧化锆都能稳定运行，为各行各业的发展提供了坚实的支撑。
氧化铝耐火材料中性能良好的氧化铝和莫来石微粒在热机械性方面的表现
氧化铝耐火材料中性能良好的氧化铝和莫来石微粒在热机械性方面的表现摘要：氧化铝和莫来石细微粒（~5微米）与粉浆浇注氧化铝莫来石耐火材料相结合，以此来研究它们的显微结构、机械性能和热震性的影响。
氧化铝微粒的加入能显著地提高耐火材料的致密性和机械性能，与之相比，莫来石微粒的加入，则使耐火材料具有多孔性和低的机械性能。
伴随氧化铝的加入，材料抵抗裂纹发生的性能也在增加，这是被R 参数所证实。
因此，需要更大的断裂表面能来连接裂纹的增殖，与断裂韧度的重要性相联系。
提高冷却温度（maybe淬火温度）也可以提高强度和杨氏模量，导致高抗热震性。
作者关键字：氧化铝，莫来石，粉浆浇注，耐火材料，机械性能，热震性。
1.介绍莫来石已被用于研究结构陶瓷的应用，因为它具有高抗热震性，，高抗蠕变性和化学耐侵蚀性。
但是，莫来石陶瓷潜在的性能却不能很容易的被开发成为高温结构陶瓷，因为很难得到完整的没有附加产物的密实物和形成玻璃相的微粒边界。
氧化铝是很好的候选者，以提高莫来石基材料的机械性能，因为玻璃相的形成可以被加入氧化铝合金的莫来石陶瓷所控制。
莫来石固溶烧结体的相对密度，硬度和断裂韧性相当低，但随着铝浓度的增加却相反。
据报道，加入高性能的氧化铝微粒（>10vol.%）导致紧实收缩大量减少，导致实密度伴随颗粒体积分数增加。
此外，中等数量的莫来石和氧化铝在耐火材料中的出现，提供了高的抗热震性。
本文介绍了粉浆浇注耐火材料的机械性能和热震性如何被添加高性能氧化铝和莫来石微粒所影响。
2.实验目前实验，准备了两个不同组的粉浆浇注料。
第一组由粗的（-2+1mm）和中等的（+1000+20um）氧化铝莫来石微粒组成，其中包含5um性能良好的氧化铝微粒。
命名为样品A。
第二组同第一组，命名为B。
耐火材料相组成如下（体积百分数）：样品A：75%氧化铝，20%莫来石，5%粘土。
样品B：55%氧化铝，40%莫来石，5%粘土。
粘土的化学组成： 48.3% SiO2, 37.6% Al2O3, 1.1% K2O,0.5% Fe2O3, 0.4% Na2O, 0.1% CaO and 12% 结合水。
莫来石和莫来石-氧化锆复合材料的晶相转变和烧结性能
整悬 浮物 的 ｐ Ｈ值 为 １ ．。这种 泥浆 在 ｌＯＩ 进 ０５ １ｃ 下 ＝
裂 和再 黏 结 。碾 磨 １ ｈ可 以减 小颗 粒 尺 寸 ，这 是 因
行 干燥 ，用 １３ ６ 的筛孔 进行 筛 滤 ，然后 在 常 温 单 向压 力 ７ ＭＰ ５ ａ下 进 行 压制 ，制 备 出直 径 为 ８ ｍ ａ ｒ
热膨 胀率 、 良好 的化学 稳定性 、优 异 的抗 蠕 变性 并 在 高温 下具有 高 的强度 。因此 被认 为是在 高 温领 域 中最 有前 途 的工程 材料 之一 。制备 莫来石 所 用方 法 之 一 是 氧 化 铝一 化硅 、高岭 土 一 化 铝 混 合 物 的 氧 氧 烧 结反 应或是 莫来 石细 结 晶粉 末 的 固相烧 结 。莫 来 石 细结 晶粉 末 的压坯 需 要 高温 （ １６ ０Ｃ）烧 结 才 ＞ ０￣ 能 达 到高 致密 性 。 另一 方 面 ，为 了达到 最 好性 能 ， 需要 精确 控制 组分 和微 结构 。烧结 化学计 量 莫来 石 时 ，经 常 需 要 压 力辅 助 烧 结 ，例 如 热 压 和 热 等 静
了 ，偏 高 岭 石 转 变 为 尖 晶石 （ ｉＡ ） 和 非 晶形 Ｓ— １
ＳＯ ，由尖 晶石 转变 为非 晶形 ＳＯ 和 原生 莫来 石开 ｉ： ｉ： 始 于前 面 步骤 的末 期 导 致 了相 对 收 缩 ．在 １３ ０Ｃ ４ ￣
的 圆 柱 体 试 样 。用 Ｓ Ｔ Ｒ Ｍ Ｌ ｂｙ 分 析 对 高 Ｅ Ａ Ａ ａ ｓｓ热 岭 土一 化 铝 和高 岭 土一 化 铝 氧 化 锆进 行 了动 氧 氧 态烧 结研究 。本 文还 研究 了按下 式克分 子 比例组 成 的高 岭土／ １ ３ ｒ ２ Ａ ： ／ Ｏ 复合 物 ： ＯＺ
通 过水 浸 方 法 测 量 其 体 积 密度 。 用 Ｘ一 线 衍 射 （ ｉｖｌ 法 ） 测 出 烧 成 试 样 中 呈 现 的 晶 相 。 本 文 发 现 ， 当添 射 Ｒｅ ｅ ｔ ｄ方
锆莫来石砖理化指标
锆莫来石砖理化指标
摘要：
一、锆莫来石砖的概述
二、锆莫来石砖的理化指标
1.锆莫来石砖的化学成分
2.锆莫来石砖的矿物组成
3.锆莫来石砖的物理性质
4.锆莫来石砖的工艺性能
三、锆莫来石砖的应用领域
四、锆莫来石砖的发展趋势
正文：
锆莫来石砖是一种以锆矿石和莫来石为原料，通过特殊工艺制成的耐火材料。
它具有良好的高温稳定性、化学稳定性和机械强度，被广泛应用于工业窑炉、高温炉膛等高温场合。
锆莫来石砖的理化指标包括化学成分、矿物组成、物理性质和工艺性能。
其中，化学成分主要包括氧化锆、氧化莫来石和其他氧化物；矿物组成主要是锆莫来石和玻璃相；物理性质包括密度、气孔率、吸水率、耐压强度等；工艺性能包括烧结性能、热震稳定性、抗侵蚀性等。
锆莫来石砖的应用领域非常广泛，包括钢铁、有色金属、玻璃、陶瓷、化工等行业。
在钢铁行业，锆莫来石砖可用于炉衬、炉底板、热风炉等部位；在有色金属行业，可用于反射炉、熔炼炉等；在玻璃行业，可用于玻璃窑炉、热
修炉等；在陶瓷行业，可用于隧道窑、梭式窑等；在化工行业，可用于催化剂载体、高温反应器等。
随着科技的进步和工业的发展，对锆莫来石砖的需求越来越大，对其性能的要求也越来越高。
因此，锆莫来石砖的发展趋势是提高其高温稳定性、化学稳定性、机械强度和抗侵蚀性能，以满足更广泛的应用需求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《陶瓷学报》 JOURNAL OF CERAMICS
Vol. 31, No. 4 Dec. 2010
文章编号：1000- 2278（2010）04- 0601- 06
氧化锆 - 莫来石复合材料的机械性能和热性能
陈 诚 陈 涵 薛海峰 郭露村
（南京工业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210009）
《陶瓷学报》2010 年第 4 期
表 1 原料的化学成分(wt.%) Tab.1 Chemical composition of raw materials(wt.%)
ZrO2
Al2O3
SiO2
Fe2O3
R2O
Mullite
-
75.3
24.08
0.05
0.18
ZrO2
99.5
-
0.02
0.01
-
RO
4 结论
605
《陶瓷学报》2010 年第 4 期
表 3 试样从 25℃到 800℃范围内的热膨胀系数 Tab.3 Thermal expansion coefficients of the samples in the range from 25℃ to 800℃
N1
N2
N3
N4
N5
N6
N7
N8
CTE（×10- 6·K- 1）
ZrO2 的方法制备氧化锆 - 莫来石复合材料，并对与 材料抗热震性关系紧密的断裂韧性和热膨胀系数方 面，探讨了 ZrO2 的添加对莫来石陶瓷材料烧结特性 与性能的影响。
2 实验
2.1 样品制备 实验原料包括：亚微米级电熔莫来石微粉（开封
使用普遍的方法是向其中添加 SiC 和 ZrO2。添加 SiC 的莫来石陶瓷室温抗弯强度和断裂韧性可以分别达 到 240~360MPa 和 2.9~4.6 MPa·m1/2[2]。由于 SiC 的加 入不利于莫来石陶瓷的烧结，因此通常要在热压的条 件下才能得到致密的莫来石陶瓷。有关 ZrO2 增韧莫 来石陶瓷研究报道较多，ZrO2 增韧莫来石陶瓷材料 的室温强度和韧性分别可达 270~500MPa 和 3.2~5.2 MPa·m1/2[3- 4]。然而，目前的 ZrO2 增韧莫来石陶瓷的方 法主要是前驱体反应烧结，这种工艺对于粉体特性较
特耐股份有限公司），亚微米级氧化锆微粉（景德镇市 鑫达新材料有限责任公司）。两者的化学成分如表 1 所示。
试验设计如表 2 所示。向电熔莫来石中按不同 比例加入 ZrO2 粉末，经湿式球磨 8h 之后，加入 5wt% 的 PVA 造粒，在 150MPa 下干压成型，分别在 1550℃、 1600℃下无压烧结 2 小时，制得试样。 2.2 测试与表征
603
《陶瓷学报》2010 年第 4 期
它们的相对密度超过了 1600℃下同样含量的试样 （N7、N8）。同时还可以看出，当温度提高到 1600℃以 后，ZrO2 的继续加入对试样的烧结性能影响变小。 3.3 机械强度
图 4 是在 1550℃和 1600℃下，ZrO2 含量对试样 抗弯强度的影响。从图中可以看出，在 1550℃下， ZrO2 的添加对试样抗弯强度（σ）有明显的线性提升 作 用 ， 添 加 20wt% ZrO2 试 样 σ 达 到 了 最 高 值 268.23MPa。但是，从 1600℃开始，试样的 σ 反而随 着 ZrO2 添加量的增加而减小。这种趋势与两个温度 下烧成试样相对密度的走势图相同，说明试样的抗弯 强度与烧结情况有关系，烧结最致密的试样，其抗弯 强度也最高。
差别较大，即使相似的研究，其结果也会出现较大的
1 引言
差异。 本文以电熔莫来石为主要原料，通过直接添加
莫来石陶瓷是一种非常重要的工业耐火材料。 它具有很多优良的特性，如耐高温性，较高的高温强 度和抗蠕变性，热膨胀系数低，化学稳定性好以及不 错的抗热冲击性。此外，由于它具有良好的介电性能， 因此在电子产业上也具有广泛的应用。但是，单独的 莫来石陶瓷材料很难烧结致密，且强度和韧性均较 低，分别约为 160~200MPa 和 2.0MPa·m1/2[1]，这使得 莫来石应用受到了限制。为此采用了一系列方法促 进莫来石陶瓷烧结以提高材料的机械和热性能，其中
Na2O
Cl-
0.28
-
-
-
0.005
0.04
602
H2O 0.5
Samples N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8
表 2 试验设计 Tab.2 Experiment design
ZrO2 /wt.% 5 10 15 20 5 10 15 20
Mullite/wt.% 95 90 85 80 95 90 85 80
摘要 以 ZrO2 和电熔莫来石为主要原料，制备出了氧化锆 - 莫来石复合材料。研究了不同温度下 ZrO2 添加量对莫来石陶瓷的抗弯 强度（σ）、断裂韧性（KIC）和热膨胀系数（CTE）的影响。结果发现，ZrO2 的加入促进了莫来石陶瓷的烧结。1550℃下添加 20wt% ZrO2 的试样的 σ 和 KIC 最高分别达到 268.23MPa 和 4.05MPa·m1/2，针状莫来石晶体交错排布以及亚微米级 ZrO2 颗粒的钉扎作用 是材料强度和韧性提高的主要原因。材料的线性热膨胀系数随着 ZrO2 添加量的增加而增大。 关键词 莫来石，氧化锆，增强增韧，热膨胀系数 中图分类号：TQ174.75 文献标识码：A
的 ZrO2 相主要是由四方相和单斜相 ZrO2 组成。 3.2 烧结性能
不同温度下不同含量 ZrO2 的莫来石陶瓷的显气 孔率和相对密度如图 2、图 3 所示。显气孔率随着 ZrO2 含量的提高而降低，在 1550℃下烧成的试样相 对密度随着 ZrO2 含量的提高而增大，但是在 1600℃ 下烧成的试样情况却相反。在 1550℃下烧成的试样 从 ZrO2 添加量为 15wt%处开始显气孔率≤1%，并且
图 6 是试样 N1、N4、N5 和 N8 的断口显微结构 图。图 a 和 b 中清晰的堆积着针状的莫来石晶体，这 些针状晶体数量较多，形成交织的网状，晶体立体感 好，晶界明显。同时 b 中的莫来石针状晶体分布最均
《陶瓷学报》2010 年第 4 期
604
匀细小，长径比更大。图中“1”是发育完整、正常长大 的亚微米级 ZrO2 颗粒；“2”是亚微米 ZrO2 颗粒分布 在莫来石针状晶体晶界处。可以看到图 a 中的 ZrO2 颗粒远少于图 b。ZrO2 颗粒均匀分布莫来石基体中， 在莫来石晶粒生长的过程中由于 ZrO2 颗粒强烈的 “钉扎效应”阻碍了晶界的移动，限制了基体晶粒的生 长，起到细化晶粒的作用，当裂纹扩展遇到 ZrO2 颗粒 时，由于“钉扎效应”可以使裂纹偏转吸收大量能量， 有利于材料力学性能的提高。同时有的 ZrO2 颗粒被 包到晶胞内部生长，由于 ZrO2 和基体晶粒弹性失配 和热膨胀失配使莫来石晶粒晶界处产生微裂纹,裂纹 扩展时可以诱发穿晶断裂[9]。图 a 和 b 中大部分的亚 微米 ZrO2 颗粒分布在晶界处，晶胞内部的 ZrO2 颗粒 很少，说明材料的断裂方式主要以沿晶断裂为主，穿 晶断裂较少。图 c 和 d 分别是试样 N5 和 N8 的断口 SEM 图。可以看出图 c 断口为明显的穿晶断裂，晶体 晶界不明显，图 d 中莫来石针状晶被一层玻璃相所覆 盖，只能隐约的看到针状晶体分布在玻璃层下，这可 能是由于试样 N8 的烧成温度过高，使得试样中部分 生成了非晶相。这些非晶相与莫来石晶粒结合的并不 紧密，“3”处就是其存在的闭合气孔。
烧结样的体积密度和显气孔率采用阿基米德排
为敏感，特别是不同天然锆英石粉在组成、强度方面 水法测定。利用 X 射线衍射分析仪 （XRD, D/max-
收稿日期：2010- 08- 04 基金项目：江苏省科技支撑计划项目（编号：BE2009169） 通讯联系人：郭露村，E- mail:lc- guo@
热膨胀系数（CTE）是衡量材料热稳定性能的一 个指标。热膨胀 性 低 的 材 料 在 高 温 下 反复膨胀和收 缩后不容易出现缺陷和裂纹从而影响到材料的机械 性能。因此热膨胀系数是材料物理性能的一个重要参 数指标。ZrO2 的添加对莫来石热膨胀系数的影响如 图 7 和 8 所示。可以看出，试样的热膨胀曲线随温度 升高基本呈线性增长的关系。ZrO2 的加入提高了试 样的整体热膨胀系数（表 3）。随着 ZrO2 添加量的增 加，试样热膨胀系数也在增大。这是由于 ZrO2 自身的 热膨胀系数远大于莫来石基体材料的热膨胀系数，当 材料是由两种以上热膨胀系数不同的材料复合而成 时，复合材料的热膨胀曲线基本符合特纳曲线分布规 律[10]。例如 ZrO2 加入堇青石中时引起热膨胀系数的 增大[11-13]。N1 和 N2 的热膨胀系数较之 1600℃下同 等 ZrO2 含量的试样小了 0.5 左右，这是由于这两个 试样本身较大的气孔率给材料热膨胀时提供了空间。 在试样烧结率较高的情况下，试样的热膨胀系数差距 并不大。
从图 6 中看出，1550℃下烧成的试样中，莫来石 针状晶体的交错密集排布以及亚微米级 ZrO2 钉扎效 应导致的穿晶断裂和沿晶断裂等消耗了大量的断裂 能、缓和裂纹尖端应力，使材料强度和韧性得以提高。
而 1600℃下，试样断裂的主要方式为穿晶断裂，同时 试样中存在着一定量的非晶相和闭合气孔，使得材料 的烧结性能与机械性能受到了影响。 3.4 热性能
图 5 是分别在 1550℃和 1600℃下，试样断裂韧
性与 ZrO2 添加量的关系曲线。从图中可以看出试样 的 KIC 基本随着 ZrO2 添加量的增加而呈线性上升。 前文中 XRD 分 析 可 以 看 出 随 着 ZrO2 添 加 量的增 加，试样中的四方相 ZrO2 含量增多，四方相 ZrO2 在材料中可以起到 应 力 诱 导 相 变 增 韧 的 作用[8]。在 1550℃ 下 添 加 20wt% ZrO2 的 试 样 KI C 最 高 达 到 了 4.05 MPa·m1/2。但是在 1600℃下添加 20wt% ZrO2 的 试 样 的 KIC 却 比 前 面 有所下降，这可能与 1600℃ 下 添 加 20wt% ZrO2 的 试 样 相 对 密 度 下 降 到 90% 左6.78