中國粉體網(wǎng)訊 在眾多稀土資源中，釔是地殼中含量較多的一種稀土元素。隨著對稀土研究的日益廣泛和深入，氧化釔作為一種非常重要的稀土氧化物資源，它在新材料特別是功能材料研究方面的重要作用日漸凸顯。
在陶瓷領(lǐng)域，氧化釔熔點高，熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)低，介電常數(shù)高，在紅外及遠紅外區(qū)具有較高的直線透過率，透明性好，并且具有一般陶瓷所不具備的順磁性等特性，是一種優(yōu)良的透明陶瓷材料。除此之外，作為稀土氧化物，氧化釔還是一種陶瓷生產(chǎn)中重要的添加劑，能大幅度地提高相關(guān)陶瓷材料和制品的質(zhì)量和性能。
今天我們就通過幾個案例了解一下氧化釔到底能給其它陶瓷材料帶來哪些性能上的變化。
氧化鋯陶瓷
純ZrO2從高溫冷卻到室溫的過程中將發(fā)生如下相變：立方相(c)→四方相(t)→單斜相(m)，其中在1150℃左右會發(fā)生t到m相變，并伴隨約5%的體積膨脹。如果將ZrO2的t→m相變點穩(wěn)定到室溫，使其在承載時由應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生t→m相變，由于相變產(chǎn)生的體積效應(yīng)而吸收大量的斷裂能，從而使材料表現(xiàn)出異常高的斷裂韌度，產(chǎn)生相變增韌，獲得高韌性、高耐磨性。
要實現(xiàn)相變增韌，必須添加一定的穩(wěn)定劑并適當(dāng)控制燒結(jié)工藝，將高溫穩(wěn)定相—四方相亞穩(wěn)至室溫，獲得室溫下可相變的四方相，這就是穩(wěn)定劑對氧化鋯的穩(wěn)定作用。
在眾多穩(wěn)定劑中穩(wěn)定效果最好同時也是最常用的便是Y2O3。
氧化鋁陶瓷
劉文燕等采用濕法球磨方法將不同含量氧化釔粉末添加到氧化鋁粉末中，經(jīng)冷等靜壓成型，1550℃常壓燒結(jié)。通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧化釔含量低于0.25wt%時，晶粒長大，存在封閉晶內(nèi)氣孔，相對密度變小，致密化程度低；當(dāng)氧化釔含量介于0.25wt%～0.75wt%時，隨著氧化釔含量增加，封閉氣孔減少，晶粒減小，致密化程度增高；當(dāng)氧化釔含量為1.0wt%時，在晶界生成第二相釔鋁石榴石，相對密度較小，致密化程度降低。由此可知加入一定量的氧化釔對提高氧化鋁陶瓷的致密性有積極作用。
此外，還有大量的研究人員通過摻雜氧化釔及其它稀土材料研究了氧化鋁陶瓷性能的變化。
有研究者將La2O3、Y2O3、CeO2摻雜后，氧化鋁晶粒尺寸會減小，說明稀土氧化物有細(xì)化晶粒的作用，但是隨著稀土氧化物摻量的增加，陶瓷晶粒尺寸都逐漸增大，同時，液相量也逐漸增加。這種現(xiàn)象可能的解釋為：稀土離子由于離子半徑較鋁離子大很多，幾乎不在氧化鋁中固溶，主要存在于晶界玻璃相中，同時，具有玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的稀土氧化物阻礙了離子的遷移，抑制晶粒生長，細(xì)化了晶粒，但過量的稀土氧化物添加則會增加液相量降低液相粘度，促進離子遷移，使晶粒過分生長，晶粒尺寸變大。
還有研究人員發(fā)現(xiàn)用La2O3、Y2O3等稀土氧化物摻雜的氧化鋁陶瓷硬度隨著摻量的增加都呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，有峰值存在，這種現(xiàn)象可能的原因是：適量的稀土氧化物添加可以細(xì)化晶粒，同時增加液相量，填充晶粒間隙，使致密度上升，硬度增加，但是隨著稀土氧化物的過量添加，晶粒尺寸增大、間隙增多對致密度和硬度的負(fù)面作用難以抵消，表現(xiàn)為硬度逐漸降低。
以上表明，適量的氧化釔協(xié)同其它稀土氧化物對氧化鋁陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)及硬度等性能有積極影響。
氧化鎂陶瓷
MgO陶瓷可以作為金屬及其合金的理想冶煉容器。然而氧化鎂陶瓷的熱膨脹系數(shù)較大，導(dǎo)致燒結(jié)性能太差，抗熱震性能也較差。通過改變燒結(jié)工藝和加入添加劑，氧化鎂陶瓷的性能有所改變。
薛宗偉等研究了氧化釔添加量(外加，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、2%、3%和4%)和煅燒溫度(1350、1450和1550℃)對氧化鎂陶瓷性能的影響。結(jié)果表明：氧化釔與方鎂石形成有限置換型固溶體，提高了燒結(jié)試樣致密度；氧化釔抑制了燒結(jié)試樣中方鎂石晶粒生長；氧化釔通過第二相增韌和微裂紋增韌提高了氧化鎂陶瓷的抗熱震性。
碳化硅陶瓷
碳化硅的自擴散系數(shù)小，在不添加燒結(jié)助劑的情況下很難燒結(jié)，即使在高溫高壓下，也很難燒結(jié)出致密的組織。燒結(jié)助劑的加入可形成液相，降低燒結(jié)溫度，促進燒結(jié)體組織致密化，且能改善碳化硅的純度、粒度和相組成。有研究表明，添加Al2O3-Y2O3不僅可以提高碳化硅陶瓷的致密性，而且可改善陶瓷的脆性、強度和硬度等。
剛玉-莫來石陶瓷
莫來石-剛玉質(zhì)復(fù)相陶瓷因同時具有莫來石相熔點高、熱膨脹系數(shù)低、抗蠕變、抗熱震和剛玉相彈性高、耐磨、耐腐蝕、抗氧化及高溫蠕變速率低等特點，使得其性能優(yōu)越于純剛玉陶瓷和純莫來石陶瓷。邱和林等以粘土、氧化鋁粉及剛玉砂和硅酸鋯細(xì)粉等原料為基礎(chǔ)配方，以羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）為添加劑，引入氧化釔，考察了氧化釔對復(fù)合材料的性能影響。
結(jié)果表明：
（1）氧化釔的引入促進了陶瓷的燒結(jié)，燒結(jié)性能有所提高；
（2）氧化釔的引入促進二次莫來石的形成及生長，形成針狀莫來石結(jié)構(gòu)；
（3）過量的氧化釔促使針狀莫來石轉(zhuǎn)化成柱狀莫來石，高溫力學(xué)性能下降。
陶瓷結(jié)合劑
陶瓷結(jié)合劑CBN/金剛石超硬磨具具有高速、高效率、高精度、低磨削成本、綠色環(huán)保等優(yōu)異性能，是近年世界各國科研人員的研究熱點。其性能很大程度上取決于陶瓷結(jié)合劑的性能，但陶瓷結(jié)合劑的脆性大，會降低磨具的使用壽命。因此，需對陶瓷結(jié)合劑增強增韌，改善磨具的微觀結(jié)構(gòu)，提高其綜合性能。
栗正新發(fā)現(xiàn)La2O3對結(jié)合劑的耐火度影響較大，Y2O3對陶瓷結(jié)合劑的強度有較好的提高作用。侯永改等發(fā)現(xiàn)在鈣鋁硅微晶玻璃體系中引入一定量的Y2O3可以降低結(jié)合劑的耐火度、增加流動性，同時Y2O3還具有誘導(dǎo)析晶的作用。
參考來源：
[1]朱勇等.醫(yī)用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的制備及成型工藝
[2]薛宗偉等.氧化釔對氧化鎂陶瓷燒結(jié)和抗熱震性能的影響
[3]邱和林等.氧化釔對剛玉-莫來石陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)和性能影響
[4]劉文燕等.氧化釔對氧化鋁陶瓷致密化的影響
[5]無稀土，不陶瓷！.中國粉體網(wǎng)
[6]稀土對氧化鋁陶瓷性能有怎樣的影響？中國粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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