CN102079654B - 一种氧化锆陶瓷材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化锆陶瓷材料的制备方法。本发明所要解决的技术问题是提出一种新的氧化锆陶瓷材料的制备方法，该方法中的成型工序在室温条件下就可进行，有机塑化剂和水的用量也比较少；而且降低了烧结温度。解决该问题的技术方案是：本制备方法包括配料、挤出和烧结三大步骤，制备过程中添加膨润土作塑化剂，纤维素溶液作粘结剂，而且采用了挤出成型的技术。本发明可用于氧化锆陶瓷材料的生产制造领域。

Description

一种氧化锆陶瓷材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化锆陶瓷材料的制备方法，适用于氧化锆陶瓷材料的生产制造领域。
背景技术
由于氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。主要有：Y-TZP磨球、分散和研磨介质、喷嘴、球阀球座、氧化锆模具、微型风扇轴心、光纤插针、光纤套筒、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、表壳及表带、高尔夫球的轻型击球棒及其它室温耐磨零器件等。
同时在功能陶瓷方面，由于其优异的耐高温性能，作为感应加热管、耐火材料、发热元件使用。氧化锆陶瓷具有敏感的电性能参数，主要应用于氧传感器、固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)和高温发热体等领域。ZrO2具有较高的折射率(N＝2.1～2.2)，在超细的氧化锆粉末中添加一定的着色元素(V2O5，MoO3，Fe2O3等)，可将它制成多彩的半透明多晶ZrO2材料，像天然宝石一样闪烁着绚丽多彩的光芒，可制成各种装饰品。另外，氧化锆在热障涂层、催化剂载体、医疗、保健、耐火材料、纺织等领域正得到广泛应用。
随着氧化锆陶瓷材料应用的越来越广泛，对这种陶瓷材料的批量化制备方面就提出了较高的要求。目前这类陶瓷材料有很大一部分的形状是具有规则的片状、管状或者棒状。目前制备这些材料主要是采用注射成型或者热压铸成型，由于这种成型技术要采用较多的有机塑性添加剂，并且是在相对室温较高的温度下实现的，存在较大的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，本发明提出一种新的氧化锆陶瓷材料的制备方法，该方法中的成型工序在室温条件下就可进行，有机塑化剂和水的用量也比较少；而且降低了烧结温度。
本发明所采用的技术方案是：一种氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、配料：在练泥机上将氧化锆粉体、膨润土粉体和浓度为1～4％的纤维素溶液均匀混合，得到泥料，所述各原料占总原料量的重量百分比为：氧化锆粉体93～94％，膨润土粉体0.1～3％，纤维素溶液3～6％；
b、挤出：在挤出机中将步骤a得到的泥料进行挤出成型，挤出压力为0.5～1.0MPa，得到预期形状的素坯；
c、烧结：将步骤b得到的素坯在高温炉中进行无压烧结，烧结温度为1350～1600℃，保温时间为2～5h，然后随炉冷却。
作为优选，所述氧化锆粉体的比表面积为10～20m2/g；可进一步优选为12～15m2/g。
作为优选，所述膨润土粉体的比表面积为100～200m2/g；可进一步优选为120～150m2/g。
作为优选，所述纤维素溶液中纤维素的分子量为10000～40000；可进一步优选为20000～30000。
作为优选，在步骤a中，所述练泥机为真空练泥机。
作为优选，在步骤c中，所述高温炉的发热体为硅钼棒，所述烧结温度为1400～1530℃，升温速率为3～10℃/min。
本发明的有益效果是：本发明氧化锆陶瓷材料的制备方法包括配料、挤出和烧结三大步骤。1)在制备过程中，通过添加少量的膨润土，提高了氧化锆泥料的触变性，进而降低了对表面活性剂的要求，同时降低了烧结温度。2)在材料成型方法的选择上，本发明摒弃了传统的注射成型和热压铸成型的方法，而采用挤出成型的方法，该方法所使用的有机塑化剂和水较少，并且在室温条件下就可以实现挤出成型，降低了生产成本。3)实验证明，本发明制得的氧化锆陶瓷材料密度＞5.9g/cm3、相对密度(即实际密度/理论密度)＞99.5％、抗折强度≥800Mpa，其性能优良，具备生产的可行性。
具体实施方式
实施例1：
a1、配料：在练泥机上将氧化锆粉体、膨润土粉体(作塑化剂)和浓度为4％的纤维素溶液(作粘结剂)均匀混合，得到泥料。上述各原料占总原料量的重量百分比为：氧化锆粉体94％，膨润土粉体1％，纤维素溶液5％；其中，氧化锆粉体的比表面积10～20m2/g，膨润土粉体的比表面积100～200m2/g，纤维素溶液由分子量为10000～50000的纤维素加水制成。
b1、挤出：在挤出机中将步骤a1得到的泥料进行挤出成型，挤出压力为0.5～1.0MPa，得到预期形状的素坯。所谓“预期形状”，是指生产者根据生产需要，通过预先对挤出机进行设置而获得的形状，多为背景技术中提到的“具有规则的片状、管状或者棒状”。
c1、烧结：将步骤b1得到的素坯在硅钼棒为发热体的高温炉中在1500℃下进行无压烧结，升温速率为5℃/min，保温时间为3h，然后随炉冷却。
实施例2：
a2、配料：在真空练泥机上将氧化锆粉体、膨润土粉体和浓度为1％的纤维素溶液均匀混合，得到泥料。上述各原料占总原料量的重量百分比为：氧化锆粉体93.9％，膨润土粉体0.1％，纤维素溶液6％；其中，氧化锆粉体的比表面积为12～15m2/g，膨润土粉体的比表面积为120～150m2/g，纤维素溶液中纤维素的分子量为10000～30000。
b2、挤出：在挤出机中将步骤a2得到的泥料进行挤出成型，挤出压力为0.5～1.0MPa，得到预期形状的素坯。
c2、烧结：将步骤b2得到的素坯在硅钼棒为发热体的高温炉中在1350℃下进行无压烧结，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却。
实施例3：
a3、配料：在真空练泥机上将氧化锆粉体、膨润土粉体和浓度为3％的纤维素溶液均匀混合，得到泥料。上述各原料占总原料量的重量百分比为：氧化锆粉体94％，膨润土粉体3％，纤维素溶液3％；其中，氧化锆粉体的比表面积为12～15m2/g，膨润土粉体的比表面积为120～150m2/g，纤维素溶液中纤维素的分子量为20000～30000。
b3、挤出：在挤出机中将步骤a3得到的泥料进行挤出成型，挤出压力为0.5～1.0MPa，得到预期形状的素坯。
c3、烧结：将步骤b3得到的素坯在硅钼棒为发热体的高温炉中在1600℃下进行无压烧结，升温速率为10℃/min，保温时间5h，然后随炉冷却。
上述各实施例中，步骤c(包括c1、c2、c3)中的烧结温度控制在1350～1600℃之间既可，最佳烧结温度为1400～1530℃；所采用的氧化锆粉体、膨润土粉体和纤维素均为外购商品。实验表明，上述各实施例所制得的氧化锆陶瓷材料性能良好，其密度＞5.9g/cm3、相对密度(即实际密度/理论密度)＞99.5％、抗折强度≥800Mpa。

Claims (9)

1.一种氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、配料：在练泥机上将氧化锆粉体、膨润土粉体和浓度为1~4%的纤维素溶液均匀混合，得到泥料，所述各原料占总原料量的重量百分比为：氧化锆粉体93~94%，膨润土粉体0.1~3%，纤维素溶液3~6%；
b、挤出：在挤出机中将步骤a得到的泥料进行挤出成型，挤出压力为0.5~1.0MPa，得到预期形状的素坯；
c、烧结：将步骤b得到的素坯在高温炉中进行无压烧结，烧结温度为1350~1600℃，保温时间为2~5h，然后随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述氧化锆粉体的比表面积为10~20 m2/g。
3.根据权利要求2所述的氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述氧化锆粉体的比表面积为12~15 m2/g。
4.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述膨润土粉体的比表面积为100~200 m2/g。
5.根据权利要求4所述的氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述膨润土粉体的比表面积为120~150 m2/g。
6.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述纤维素溶液中纤维素的分子量为10000~40000。
7.根据权利要求6所述的氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述纤维素溶液中纤维素的分子量为20000~30000。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：在步骤a中，所述练泥机为真空练泥机。
9.根据权利要求1至7任一权利要求所述的氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：在步骤c中，所述高温炉的发热体为硅钼棒，所述烧结温度为1400~1530℃，升温速率为3~10℃/min。
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