Al₂O₃/ZrO₂纳米复合陶瓷的微结构及缺陷的正电子寿命研究

更新时间:2023-05-28

【摘要】纳米Al2O3/ZrO2复合陶瓷具有优良的力学性能,良好的高温稳定性和化学稳定性,并具有良好的抗辐照效应,是目前极具潜力的一种纳米陶瓷材料。采用正电子寿命谱分析同时配合着X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）和透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope,TEM）对纳米Al2O3、ZrO2和Al2O3/ZrO2复合陶瓷在不同退火温度下（室温-1 000℃）的微结构及缺陷进行了研究。XRD研究表明:Al2O3、ZrO2和Al2O3/ZrO2纳米复合陶瓷三种样品退火温度低于500℃时,晶粒尺寸保持不变;随着退火温度的增加,Al2O3晶粒尺寸变化不大,ZrO2和Al2O3/ZrO2有所增加,但由于Al2O3的抑制,Al2O3/ZrO2的晶粒生长更缓慢。正电子寿命分析表明:样品内主要缺陷是空位、空位团和微孔洞,缺陷主要集中在晶界处。对比ZrO2纳米陶瓷内缺陷,Al2O3和Al2O3/ZrO2纳米复合陶瓷内空位团或微孔洞缺陷尺寸更大,而相对数量更少。退火温度低于500℃时,三种样品内平均缺陷密度基本不变,高于500℃时由于晶粒生长,缺陷开始恢复,ZrO2变化更明显,而Al2O3/ZrO2由于相互抑制对方的晶粒生长,稳定性更高,这与XRD结果一致。纳米Al2O3的TEM图显示出晶粒大小基本不随退火温度变化发生改变,而纳米Al2O3/ZrO2只有在退火温度高于500℃时,晶粒开始慢慢长大,并且发生了团聚,非常直观地证实了XRD和正电子的实验结果。

【关键词】 正电子湮没 微结构 缺陷 退火 纳米陶瓷

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