新型氧化锆陶瓷手术刀具材料的制备工艺与组织性能

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:johnnywong
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
应力诱导亚稳态四方相至单斜相转变(t→m相变)所产生的相变增韧效应是高韧性氧化锆结构陶瓷的应用基础。为了提高相变增韧效果,常用稀土材料将中温四方相氧化锆(t-ZrO2)稳定至室温。其中,3mol.%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷(3Y-TZP)由于具有理想的强度和较高的韧性而被重点关注。然而,利用传统共沉淀法制备稀土稳定氧化锆粉体存在工艺流程繁复、生产效率低等缺点。此外,3Y-TZP在水热或潮湿环境中存在自发的t→m相变失稳,致使断裂韧性、抗弯强度等力学性能显著降低,不利于其在医疗刀具领域的应用。制备Ce4+、Y3+共稳定氧化锆被证明是兼顾力学性能的同时抑制甚至消除水热老化的有效途径。因此,探索和优化粉体制备工艺、制备高性能Ce-Y共稳定氧化锆陶瓷具有重要的学术意义和应用价值。以稀土硝酸盐、纳米单斜相氧化锆粉体为原料,利用新型涂覆法分别制备了3mol.%Y2O3稳定氧化锆粉体(3Y-ZrO2)和1.5mol.%Y2O3-5.5mol.%CeO2共稳定氧化锆粉体(1.5Y5.5Ce-ZrO2)。优化了粉体制备工艺,结合冷等静压及常压烧结工艺,系统地探讨了其烧结过程中的致密化及晶粒长大过程。对不同烧结温度与保温时间所制备的3Y-ZrO2和1.5Y5.5Ce-ZrO2的致密度及显微组织进行了分析,研究了Y3+、Ce4+共掺杂对氧化锆的维氏硬度、断裂韧性等力学性能的影响。在此基础上,优化了涂覆氧化锆的烧结工艺参数,最终获得了高性能的Ce-Y共稳定氧化锆陶瓷。XRD结果表明,经800℃煅烧2h后,利用涂覆法获得的稀土/氧化锆复合粉体主要由单斜相氧化锆(m-ZrO2)组成。随烧结温度自1450℃升高至1600℃,烧结体中m相含量逐渐减少。3Y-ZrO2及1.5Y5.5Ce-ZrO2的四方相完全稳定温度分别为1600℃和1550℃。二元Ce-Y共掺杂较一元Y3+掺杂展现出更强的稳定效果。稀土含量及其分布对晶粒尺寸大小影响明显,非均匀的稀土离子分布造成晶粒粒度分布宽化。Ce4+的掺杂增大了平均晶粒尺寸,弱化了尺寸效应对t→m相变的抑制。因此,1.5Y5.5Ce-ZrO2展现更高的断裂韧性。经优化的工艺参数(烧结温度1550℃、烧结时间2h)烧结后,其维氏硬度、断裂韧性、抗弯强度分别达到:9.41GPa、8.06MPa·m1/2、688.23Mpa,断裂韧性和抗弯强度较3Y-ZrO2分别提高了26.33%、72.38%,维氏硬度较3Y-ZrO2下降了6.27%。为解决由Ce4+掺杂导致的粉体烧结性差的问题,分别添加0.5wt.%、1.0wt.%、1.5wt.%、2.0wt.%的TiO2、MgO作为烧结助剂。在添加0.5wt.%的MgO后,复合陶瓷的致密度和维氏硬度较1.5Y5.5Ce-ZrO2提升了3.43%和22.95%,但断裂韧性下降至不足7MPa·m1/2。采用流延成型法制备了商业3Y-TZP氧化锆坯体和自制1.5Y5.5Ce-ZrO2坯体,分别比较它们在最优烧结制度下的致密度、维氏硬度、断裂韧性和摩擦磨损性能,并检测了自制1.5Y5.5Ce-ZrO2陶瓷的生物相容性,确定了以1.5Y5.5Ce-ZrO2作为制备医用手术刀具的材料。
其他文献
<正>中华传统美德是我们民族的宝贵精神遗产,继承和发扬这些传统美德,对培育青少年人格、弘扬和培育民族精神都具有不可替代的作用。天门实验高中从各个环节入手,以中华民族
赵善括是南宋颇负盛名的士大夫与文学家。其一生仕途坎坷,宦游经历丰富,交游酬唱之作尤为丰富,但目前学界对其诗歌创作的研究较少。因此,对赵善括的生平概况、研究现状,其交
<正>张申府,名崧年,当代著名哲学家、政治活动家、数学家.1893年生于河北省献县(现沧县),1986年卒于北京,享年93岁.张申府在20世纪中国哲学史上占有一席之地,主要体现在他对
生物反馈疗法是一种有意识的放松疗法,是近年来医学心理学界研究中的一个新课题.生物反馈疗法对许多疾病有显著治疗作用,近十余年来我们采用肌电反馈仪治疗银屑病取得了很好
闹得纷纷扬扬的"谷歌事件"引发人们对网络管理的关注。美国某些人指责"有些国家竖起了电子屏障,阻止本国人民分享世界上的一部分网络"。其实,依据法律法规对互联网实施必要的
欲望话语叙事作为一个跨文化实践中穿越东西方语境的共通对象,贾平凹的《秦腔》奔突在世俗与神圣之间凸显欲望书写背后对秦腔这一传统文化现代传承与延续的民族思考。耶利内
文章在分析现行财务收支审计主要程序的基础上,探讨了构建以财务收支审计为“主体”、以管理审计和效益审计为“两翼”的“一体两翼”式审计新模式,并对管理审计、效率审计、财
目前我国高校大学生学业指导中存在着很多的问题,部分教师对于学生指导的认识也不到位,在指导的内容中缺乏发展性的指导内容。从高校大学生学业指导的整体体系来看,学生的学
<正>创新教育呼唤德育创新,“德育创新”的着眼点在于为国家培养心理健康、人格健全、道德高尚的人才,为此,我们也要以创新精神来对待今天的德育。百年大计。教育为本。今天
会议
【目的】探讨糖尿病肾病(DN)伴睡眠障碍患者的中医体质分布特征,以及中医体质与睡眠质量之间的关系,为DN的防治提供客观依据。【方法】于2015年10月至2018年10月,采用横断面