少量氧化钇会给陶瓷带来什么-沈阳佳美机械-贾工18540392125

在众多稀土资源中，钇是地壳中含量较多的一种稀土元素。随着对稀土研究的日益广泛和深入，氧化钇作为一种非常重要的稀土氧化物资源，它在新材料特别是功能材料研究方面的重要作用日渐凸显。

在陶瓷领域，氧化钇熔点高，热导率高，热膨胀系数低，介电常数高，在红外及远红外区具有较高的直线透过率，透明性好，并且具有一般陶瓷所不具备的顺磁性等特性，是一种优良的透明陶瓷材料。除此之外，作为稀土氧化物，氧化钇还是一种陶瓷生产中重要的添加剂，能大幅度地提高相关陶瓷材料和制品的质量和性能。

   今天我们就通过几个案例了解一下氧化钇到底能给其它陶瓷材料带来哪些性能上的变化。

氧化锆陶瓷

纯ZrO2从高温冷却到室温的过程中将发生如下相变：立方相(c)→四方相(t)→单斜相(m)，其中在1150℃左右会发生t到m相变，并伴随约5%的体积膨胀。如果将ZrO2的t→m相变点稳定到室温，使其在承载时由应力诱发产生t→m相变，由于相变产生的体积效应而吸收大量的断裂能，从而使材料表现出异常高的断裂韧度，产生相变增韧，获得高韧性、高耐磨性。

要实现相变增韧，必须添加一定的稳定剂并适当控制烧结工艺，将高温稳定相—四方相亚稳至室温，获得室温下可相变的四方相，这就是稳定剂对氧化锆的稳定作用。

在众多稳定剂中稳定效果最好同时也是最常用的便是Y2O3。

氧化铝陶瓷

刘文燕等采用湿法球磨方法将不同含量氧化钇粉末添加到氧化铝粉末中，经冷等静压成型，1550℃常压烧结。通过研究发现，当氧化钇含量低于0.25wt%时，晶粒长大，存在封闭晶内气孔，相对密度变小，致密化程度低；当氧化钇含量介于0.25wt%～0.75wt%时，随着氧化钇含量增加，封闭气孔减少，晶粒减小，致密化程度增高；当氧化钇含量为1.0wt%时，在晶界生成第二相钇铝石榴石，相对密度较小，致密化程度降低。由此可知加入一定量的氧化钇对提高氧化铝陶瓷的致密性有积极作用。

此外，还有大量的研究人员通过掺杂氧化钇及其它稀土材料研究了氧化铝陶瓷性能的变化。

有研究者将La2O3、Y2O3、CeO2掺杂后，氧化铝晶粒尺寸会减小，说明稀土氧化物有细化晶粒的作用，但是随着稀土氧化物掺量的增加，陶瓷晶粒尺寸都逐渐增大，同时，液相量也逐渐增加。这种现象可能的解释为：稀土离子由于离子半径较铝离子大很多，几乎不在氧化铝中固溶，主要存在于晶界玻璃相中，同时，具有玻璃网状结构的稀土氧化物阻碍了离子的迁移，抑制晶粒生长，细化了晶粒，但过量的稀土氧化物添加则会增加液相量降低液相粘度，促进离子迁移，使晶粒过分生长，晶粒尺寸变大。

还有研究人员发现用La2O3、Y2O3等稀土氧化物掺杂的氧化铝陶瓷硬度随着掺量的增加都呈现先增加后降低的趋势，有峰值存在，这种现象可能的原因是：适量的稀土氧化物添加可以细化晶粒，同时增加液相量，填充晶粒间隙，使致密度上升，硬度增加，但是随着稀土氧化物的过量添加，晶粒尺寸增大、间隙增多对致密度和硬度的负面作用难以抵消，表现为硬度逐渐降低。

以上表明，适量的氧化钇协同其它稀土氧化物对氧化铝陶瓷的微观结构及硬度等性能有积极影响。

氧化镁陶瓷

MgO陶瓷可以作为金属及其合金的理想冶炼容器。然而氧化镁陶瓷的热膨胀系数较大，导致烧结性能太差，抗热震性能也较差。通过改变烧结工艺和加入添加剂，氧化镁陶瓷的性能有所改变。

薛宗伟等研究了氧化钇添加量(外加，质量分数分别为0、1%、2%、3%和4%)和煅烧温度(1350、1450和1550℃)对氧化镁陶瓷性能的影响。结果表明：氧化钇与方镁石形成有限置换型固溶体，提高了烧结试样致密度；氧化钇抑制了烧结试样中方镁石晶粒生长；氧化钇通过第二相增韧和微裂纹增韧提高了氧化镁陶瓷的抗热震性。

碳化硅陶瓷

碳化硅的自扩散系数小，在不添加烧结助剂的情况下很难烧结，即使在高温高压下，也很难烧结出致密的组织。烧结助剂的加入可形成液相，降低烧结温度，促进烧结体组织致密化，且能改善碳化硅的纯度、粒度和相组成。有研究表明，添加Al2O3-Y2O3不仅可以提高碳化硅陶瓷的致密性，而且可改善陶瓷的脆性、强度和硬度等。

刚玉-莫来石陶瓷

莫来石-刚玉质复相陶瓷因同时具有莫来石相熔点高、热膨胀系数低、抗蠕变、抗热震和刚玉相弹性高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化及高温蠕变速率低等特点，使得其性能优越于纯刚玉陶瓷和纯莫来石陶瓷。邱和林等以粘土、氧化铝粉及刚玉砂和硅酸锆细粉等原料为基础配方，以羧甲基纤维素钠（CMC-Na）为添加剂，引入氧化钇，考察了氧化钇对复合材料的性能影响。

结果表明：

（1）氧化钇的引入促进了陶瓷的烧结，烧结性能有所提高；

（2）氧化钇的引入促进二次莫来石的形成及生长，形成针状莫来石结构；

（3）过量的氧化钇促使针状莫来石转化成柱状莫来石，高温力学性能下降。

陶瓷结合剂

陶瓷结合剂CBN/金刚石超硬磨具具有高速、高效率、高精度、低磨削成本、绿色环保等优异性能，是近年世界各国科研人员的研究热点。其性能很大程度上取决于陶瓷结合剂的性能，但陶瓷结合剂的脆性大，会降低磨具的使用寿命。因此，需对陶瓷结合剂增强增韧，改善磨具的微观结构，提高其综合性能。

栗正新发现La2O3对结合剂的耐火度影响较大，Y2O3对陶瓷结合剂的强度有较好的提高作用。侯永改等发现在钙铝硅微晶玻璃体系中引入一定量的Y2O3可以降低结合剂的耐火度、增加流动性，同时Y2O3还具有诱导析晶的作用。

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