CN101948307A

CN101948307A - 一种金黄色钇锆结构陶瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN101948307A
Application number: CN 201010278447
Authority: CN
Inventors: 龚斌; 刘革命; 扬惠明; 王文平; 李联和; 钟晓林; 谢楠
Original assignee: GANZHOU QIANDONG RARE EARTH GROUP CO Ltd
Current assignee: Qian Dong lanthanide group limited company
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN101948307B

Abstract

本发明涉及一种金黄色钇锆结构陶瓷及其制备方法，属于结构陶瓷技术领域。金黄色钇锆陶瓷由4.0-5.5wt％Y₂O₃、80-94.5wt％ ZrO₂、0-2.0wt％Tb₄O₇、0-6.0wt％ Pr₆O₁₁、0-0.50wt％La₂O₃、0-0.30wt％Gd₂O₃、0-15.0wt％CeO₂组成；金黄色钇锆结构陶瓷制备方法为配料-沉淀-洗涤-压干-金黄色钇锆陶瓷粉体前驱体-灼烧-振磨-气流粉碎-喷雾造粒-干压成型(或注射成型)-机械加工-制品。

Description

一种金黄色钇锆结构陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金黄色钇锆结构陶瓷及其制备方法，属于结构陶瓷技术领域。

背景技术

自上世纪发明氧化锆结构陶瓷以来，早期由氧化钙、氧化镁稳定氧化锆发展到单一氧化钇稳定氧化锆。

众所周知，国内外钇锆结构陶瓷制品已广泛运用于工业和民用领域，特别是近年民用产品呈现快速发展的趋势。陶瓷刀、陶瓷手表等产品已开始进入广大百姓日常生活中。目前国内外氧化锆陶瓷制品颜色单一，已经不能满足市场需求。以往包括陶瓷艺术品在内的陶瓷制品仅仅是表面釉色为金黄色而胚体不是金黄色。国内外工业和民用表里均为金黄色的钇锆结构陶瓷制品未见报道。

发明内容

为了克服目前氧化锆陶瓷制品色彩单一的不足，本发明提供一种整体均为金黄色的钇锆结构陶瓷及其制备方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种金黄色钇锆结构陶瓷，由4.0-5.5wt％Y₂O₃、80-94.5wt％ ZrO₂、0-2.0wt％Tb₄O₇、0-6.0wt％ Pr₆O₁₁、0-0.50wt％La₂O₃、0-0.30wt％Gd₂O₃、0-15.0wt％CeO₂所组成。

制备上述所述金黄色钇锆结构陶瓷的方法，其特征在于：

步骤1：氧氯化锆溶于水配成80-81克/升，Y₂O₃、Tb₄O₇、Pr₆O₁₁、La₂O₃、Gd₂O₃、CeO₂用硝酸溶解分别配成0.50-0.51mol/l硝酸盐溶液，配料时按权利要求1的配方将各物质加入到反应釜搅拌混匀备用；

步骤2：采用化学共沉淀法进行沉淀，反应过程为：搪瓷反应釜中加入去离子水和分散剂，分散剂/料重＝1.2wt％，升温至60-65℃，同步缓慢加入步骤1所配混合料液和浓度为3N氨水，控制反应温度为60-65℃，反应终pH值为8～9，反应时间为2-3小时，反应完毕后陈化1-2小时，过滤，滤饼以S/L＝1∶2体积比经5次去离子水逆流洗涤并用压滤机压干，得到含量约20wt％的金黄色氢氧化钇锆前驱体；

步骤3：将步骤2所述前驱体采用电辊道窑以升温速度为1～2℃/min、温度为880-900℃保温时间为2-4小时灼烧，得到金黄色钇锆氧化物；

步骤4：将步骤3所述金黄色钇锆氧化物经振动球磨机破碎和气流粉碎机粉碎后得到D₅₀＝0.60-0.80μm、S_BET＝24-26m²/g的金黄色钇锆气流粉；

步骤5：将步骤4所述金黄色钇锆气流粉与去离子以重量比1∶1用搅拌球磨机混合均匀，加入气流粉重量0.9-1wt％ PVA和0.4-0.5wt％ CMC，待充分混匀后用喷雾造粒机进行喷雾造粒，得到金黄色钇锆造粒粉；

步骤6：

(1)干压成型制备黄色钇锆结构陶瓷制品：将步骤5所述的金黄色钇锆造粒粉以压力为90-100T进行一次预成型后再进行压力为180-185Mpa、保压时间为15-20分钟的等静压二次成型得到生坯，生坯以升温速率为1～2℃/min升温至1450-1500℃，保温4-5小时烧结，烧结后的毛坯经过铣、磨、抛光后得到金黄色钇锆结构陶瓷制品；

(2)注射成型制备金黄色钇锆结构陶瓷制品：将PP、PE和质量分数为53％过硫酸铵水溶液引发剂，按40∶40∶20重量比配制，配好后与步骤4所述黄色钇锆气流粉配成含量为50-55wt％的浆料，搅拌均匀，注入模具型腔中，保压2-3分钟，制得具有抗压强度超过1MPa的湿坯体，湿坯体再采用双溶剂脱脂技术脱除PP、PE和引发剂，然后以升温速率为1～2℃/min、升温至1450-1500℃、保温4-5小时烧结，烧结后的产品经抛光得到金黄色钇锆结构陶瓷制品。

所制成金黄色钇锆结构陶瓷的颜色为整体金黄色。

本发明的有益效果是：为国内外钇锆结构陶瓷增加了一种色泽新颖的制品，本发明的金黄色钇锆结构陶瓷制品填补了国内外空白，其制品的金黄色表里一致。可以制备金黄色陶瓷刀、陶瓷表链、陶瓷轴承圈、陶瓷精球等，其材料性能见表1。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明：

图1是本发明的工艺路线图。

具体实施例

实施例一

参见图1，步骤1：氧氯化锆溶于水配成80克/升(以ZrO₂计)，Y₂O₃、Tb₄O₇、Pr₆O₁₁、La₂O₃、Gd₂O₃、CeO₂用硝酸溶解分别配成0.50mol/L硝酸盐溶液，配料100kg(以氧化物计)：取ZrO₂＝82.95kg、Y₂O₃＝5.2kg、Tb₄O₇＝0.4kg、Pr₆O₁₁＝1.2kg、La₂O₃＝0.05kg、Gd₂O₃＝0.2kg、CeO₂＝10.0kg，加入到2000升的反应釜中，搅拌混匀备用。

步骤2：采用化学共沉淀法制备金黄色氢氧化钇锆前驱体，过程为：3m³搪瓷反应釜中加入500L的去离子水和1.2kg分散剂搅拌均匀，缓慢升温至60℃，同步缓慢加入步骤1所配料液和浓度为3N氨水，控制反应温度为60-65℃，控制反应终PH值为8，反应时间为2小时，反应完毕后陈化2小时，过滤，滤饼以固液体积比S/L＝1∶2经5次去离子水逆流洗涤并用板框压滤机压干，得到含量约20wt％金黄色氢氧化钇锆前驱体。

步骤3：将步骤2中所述前驱体以升温速度为2℃/min、灼烧温度为900℃、保温时间为2小时采用电辊道窑进行灼烧，得到金黄色钇锆氧化物。

步骤4：气流粉碎，将步骤3中所述黄色钇锆氧化物经振动球磨机破碎和气流粉碎机粉碎后得到金黄色钇锆气流粉，主要指标为：D₅₀＝0.75μm，SBET＝25.6m²/g。

步骤5：喷雾造粒，搅拌球磨机中加去离子水100公斤，再加入步骤4中所述金黄色钇锆气流粉100公斤，搅拌30分钟后分别加入PVA 0.9公斤和CMC 0.45公斤，搅拌球磨5小时后用喷雾造粒机进行喷雾造粒，控制进风温度265℃，出风温度110℃，得到粒度为50-80μm金黄色钇锆造粒粉。

步骤6：干压成型制备金黄色钇锆结构陶瓷制品：将步骤5所述的金黄色钇锆造粒粉采用四柱液压机以压力为100T进行一次预成型，再采用压力为180Mpa、保压时间为20分钟等静压进行二次成型得到生坯，生坯以升温速率为1℃/min升至1450℃并在1450-1500℃保温时间5小时烧结，烧结后的产品经过铣床、立轴磨床、平面磨床、多用磨床、镜面抛光机等进行铣、磨、抛光等机加工后得到金黄色钇锆结构陶瓷制品。

实施例二

参看图1，步骤1：氧氯化锆溶于水配成81克/升(以ZrO₂计)，Y₂O₃、Tb₄O₇、Pr₆O₁₁、La₂O₃、Gd₂O₃用硝酸溶解分别配成0.51mol/L硝酸盐溶液，配料100kg(折算成氧化物)：取ZrO₂＝88.0kg、Y₂O₃＝4.0kg、Tb₄O₇＝1.5kg、Pr₆O₁₁＝5.0kg、La₂O₃＝0.4kg、Gd₂O₃＝0.1kg、CeO₂＝1.0kg，加入到2000升的搅拌罐中混匀备用。

步骤2：采用化学共沉淀法制备金黄色氢氧化钇锆前驱体，过程为：3m³的搪瓷反应釜中加入500L的去离子水和分散剂1.2kg搅拌均匀，缓慢升温至65℃，同步缓慢加入步骤1中所配料液和浓度为3N氨水，控制反应温度为60-65℃，反应过程终PH值为9，反应时间为3小时，反应完毕后陈化1小时，压滤后滤渣以固液体积比S/L＝1∶2经5次去离子水逆流洗涤并用板框压滤机压滤，得到含量约20wt％金黄色氢氧化钇锆前驱体。

步骤3：将步骤2中所述前驱体以升温速度为2℃/min、灼烧温度为880℃、保温时间为4小时采用电辊道窑进行灼烧，得到金黄色钇锆氧化物。

步骤4：气流粉碎，将步骤3中所述金黄色钇锆氧化物经振动球磨机破碎和气流粉碎机粉碎后得到金黄色钇锆气流粉，主要指标为：D₅₀＝0.76μm，SBET＝25.8m²/g。

步骤5：注射成型制备金黄色钇锆结构陶瓷制品：将PP、PE和53wt％过硫酸铵水溶液引发剂，按40∶40∶20重量比配制好后与步骤4所述的金黄色钇锆气流粉配成含量为50wt％的浆料，搅拌均匀，注入模具型腔中，保压2分钟，制得具有抗压强度超过1MPa的湿坯体，湿坯体再采用双溶剂脱脂技术脱除PP、PE和引发剂，然后升温速度为2℃/min升温至1450℃并保温4.5小时进行烧结，烧结后的产品经抛光后得到金黄色钇锆结构陶瓷制品。

实施例三、

参看图1，步骤1：氧氯化锆溶于水配成80克/升，Y₂O₃、Nd₂O₃、Er₂O₃、La₂O₃、Sc₂O₃用硝酸溶解分别配成0.50mol/l，配料100公斤(折算成氧化物)：取ZrO₂＝88.0公斤、Y₂O₃＝4.0公斤、Tb₄O₇＝0.3公斤、Pr₆O₁₁＝2.5公斤、La₂O₃＝0.1公斤、Gd₂O₃＝0.1公斤、CeO₂＝5.0kg，先后加入到2000升的搅拌罐中，搅拌混匀备用；

步骤2：采用化学共沉淀法进行沉淀，反应过程为：3m³搪瓷反应釜中加入500L的去离子水和分散剂1.2kg搅拌均匀，缓慢升温至60℃，同步缓慢加入步骤1中所配料液和浓度为3N氨水沉淀剂，控制反应温度为60-65℃，反应过程终PH值为8～9，反应时间为2小时，反应完毕后陈化1小时，压滤后滤渣经5次去离子水逆流洗涤，固液体积比S/L＝1∶2，洗完后用板框压滤机压滤，得到含量约20wt％金黄色氢氧化钇锆前驱体。

步骤3：以升温速度为1℃/min，灼烧温度为900℃，保温时间2小时将步骤2中所述前驱体采用电辊道窑进行灼烧，得到金黄色钇锆氧化物。

步骤4：气流粉碎，将步骤3中所述金黄色钇锆氧化物经振动球磨机破碎和气流粉碎机粉碎后得到金黄色钇锆气流粉，主要指标为：D₅₀＝0.70μm，SBET＝25.1m²/g。

步骤5：喷雾造粒，将步骤4中所述黄色钇锆气流粉90公斤，加入到搅拌球磨机，加去离子水90公斤(S/L＝1∶1)，搅拌30分钟后分别加入加入PVA 0.9公斤和CMC 0.45公斤，搅拌球磨5小时后放入储槽备用，然后用喷雾造粒机进行喷雾造粒，控制进风温度265℃，出风温度110℃，得到金黄色钇锆造粒粉(造粒粉粒度为50-80μm)。

步骤6：干压成型制备金黄色钇锆结构陶瓷制品：将步骤5所述的金黄色钇锆造粒粉采用四柱液压机进行压力为90T的一次成型，再采用等静压进行压力为185Mpa、保压时间为15分钟的二次成型得到生坯，生坯以升温速率为2℃/min升温至1490℃并保温4小时进行烧结，烧结后的产品经过机加工(如铣、磨、抛光等)后得到金黄色钇锆结构陶瓷制品。

本实施例三所生产的黄色陶瓷制品主要性能指标如表1所示：

表1

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种金黄色钇锆结构陶瓷，其特征在于：由4.0-5.5wt％Y₂O₃、80-94.5wt％ZrO₂、0-2.0wt％Tb₄O₇、0-6.0wt％Pr₆O₁₁、0-0.50wt％La₂O₃、0-0.30wt％Gd₂O₃、0-15.0wt％CeO₂组成。

2.根据权利要求1所述金黄色钇锆结构陶瓷的制备方法，其特征在于：

步骤5：将步骤4所述金黄色钇锆气流粉与去离子以重量比1∶1用搅拌球磨机混合均匀，加入气流粉重量0.9-1wt％PVA和0.4-0.5wt％CMC，待充分混匀后用喷雾造粒机进行喷雾造粒，得到金黄色钇锆造粒粉；

步骤6：

(2)注射成型制备金黄色钇锆结构陶瓷制品：将PP、PE和53wt％过硫酸铵水溶液引发剂，按40∶40∶20重量比配制，配好后与步骤4所述黄色钇锆气流粉配成含量为50-55wt％的浆料，搅拌均匀，注入模具型腔中，保压2-3分钟，制得具有抗压强度超过1MPa的湿坯体，湿坯体再采用双溶剂脱脂技术脱除PP、PE和引发剂，然后以升温速率为1～2℃/min、升温至1450-1500℃、保温4-5小时烧结，烧结后的产品经抛光得到金黄色钇锆结构陶瓷制品。

3.根据权利要求1所述金黄色钇锆结构陶瓷，其特征在于：颜色为整体金黄色。