CN103387384A - 利用稀土化合物制备微晶耐磨氧化铝陶瓷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用稀土化合物制备微晶耐磨氧化铝陶瓷的方法。（1）按原料质量百分比为Al₂O₃70~99.7%、稀土镝的化合物0.1~10%、钙的化合物或矿物为0.05~10%、镁的化合物或矿物为0.05~10%以及硅的化合物或矿物为0.1~15%进行配料。（2）将配好的料加水混合，采用搅拌磨球磨或管式球磨机湿法球磨，球磨时间为5~96小时混均，粉碎至粉体的平均粒径0.2~2μm，其中加水量与原料质量比为1:3~3:1。（3）将得到的原料干燥后，采用等静压，滚压成型或轴压成型，制得坯体。（4）将坯体在空气气氛或还原气氛（CO、H₂或N₂）中烧结，烧结温度为1050~1650℃，保温30~300分钟，冷却至室温制得氧化铝陶瓷材料。本发明原料广泛，生产工业简单，制备出的氧化铝陶瓷磨损率低。

Description

利用稀土化合物制备微晶耐磨氧化铝陶瓷的方法

技术领域

本发明公开了一种利用稀土化合物制备微晶耐磨氧化铝陶瓷的方法。

背景技术

氧化铝陶瓷具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优良的综合性能，是一种重要的陶瓷材料，并且氧化铝陶瓷原料丰富，价格低廉，被应用于许多领域。但是氧化铝陶瓷存在断裂韧性不高，耐磨性不好的问题，限制了氧化铝陶瓷的应用，也限制了制备高纯高性能氧化铝陶瓷的方法。国内外针对这一问题进行了大量的研究：Jaroslav Sedlacek等人研究了Al₂O₃/SiC复合材料的磨损率，发现添加少量的SiC后氧化铝陶瓷的断裂韧性和磨损率均有提高；郭瑞松等人研究添加稀土氧化物对氧化铝复相陶瓷性能的影响，研究表明：添加少量的稀土氧化物La₂O₃和CeO₂能使材料的力学性能获得提高，并且复合掺入稀土氧化物La₂O₃/Y₂O₃或CeO₂/Y₂O₃时材料的力学性能显著提高，在1400-1450℃烧结强度超过500MPa，断裂韧性达6.5MPa·m^1/2以上。

目前，我国氧化铝陶瓷生产产品主要集中在中低档氧化铝陶瓷，对高档氧化铝陶瓷研究较少，并且制备出的高档氧化铝陶瓷强度不高，断裂韧性低。随着近年来我国科技进步和国外市场的引入，迫切需要自主开发并生产制造高性能的高档氧化铝瓷。生产高性能高档瓷需要纯度高，耐磨性能好的研磨介质。因此，研究耐磨性能优异的中高铝瓷成为国内外研究的重要课题之一。

我们对氧化铝陶瓷耐磨性能研究进行了多年探索，具有成熟的工艺线路和理论基础，研制出了微晶氧化铝瓷的磨损率达到国际标准的1/200，并在此基础上研究稀土对氧化铝陶瓷耐磨性的影响，制备出了低磨耗的微晶耐磨氧化铝陶瓷材料。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种利用稀土化合物制备耐磨性能优异的微晶耐磨氧化铝陶瓷的方法。

具体步骤为：

（1）按原料质量百分比为Al₂O₃ 70~99.7%、稀土镝的化合物0.1~10%、钙的化合物或矿物为0.05-10%、镁的化合物或矿物为0.05~10%以及硅的化合物或矿物为0.1~15%进行配料，原料各组分的质量百分比之和为100%。

（2）将步骤(1)配好的料加水混合，采用搅拌磨球磨或管式球磨机湿法球磨，球磨时间为5~96小时混均，粉碎至粉体的平均粒径0.2~2μm，其中加水量与原料质量比为1:3~3:1。

（3）将步骤（2）得到的原料干燥后，采用等静压，滚压成型或轴压成型，制得坯体。

（4）将步骤（3）坯体在空气气氛或还原气氛（CO、H₂或N₂）中烧结，烧结温度为1050~1650℃，保温30~300分钟，冷却至室温制得氧化铝陶瓷材料。

所述稀土镝的化合物为氧化镝、碳酸镝、硝酸镝、草酸镝、磷酸镝和氢氧化镝中的一种。

所述钙的化合物为氧化钙的质量百分比大于45%的化合物，含钙的矿物为石灰岩、方解石和白垩岩中的一种。

所述硅的化合物为氧化硅的质量百分比大于35%的化合物，含硅的矿物为高岭土、透辉石、蒙脱石、叶蜡石、滑石和蛇纹石中的一种。

所述镁的化合物为氧化镁的质量百分比大于45%的化合物，含镁的矿物为水镁石、菱镁矿和白云石的一种。

按标准：JC/T848.1–1999对制得氧化铝陶瓷材料进行磨损率测试。

测试结果表明：本发明所研制出的氧化铝陶瓷材料磨损率达到0.000709% h^-1-，相比与不掺稀土的氧化铝陶瓷耐磨性能提高了23%.

本发明原料广泛，生产工业简单，制备出的氧化铝陶瓷磨损率低。

具体实施方式

实施例1：

（1）按原料质量百分比为Al₂O₃95%、高岭土1.4%、方解石1.4%、白云石1.4%和Dy₂O₃0.8%进行配料。

（2）将步骤(1)配好的料加水混合，采用搅拌磨球磨湿法球磨，球磨时间为48小时，粉碎至粉体的平均粒径0.2~2μm，其中加水量与原料质量比为1:3。

（3）将步骤（2）得到的原料110℃烘干，采用等静压（80MP）成型，保压10分钟，制得球形坯体。

（4）将步骤（3）球形坯体在空气气氛中烧结，烧结温度为1550℃，保温100分钟，冷却至室温制得氧化铝陶瓷材料。

测试氧化铝陶瓷材料磨损率为0.000814%h^-1。

实施例2：

（1）按原料质量百分比为Al₂O₃95%、高岭土1.2%、方解石1.1%、白云石1.1%和Dy₂O₃1.6%进行配料。

（2）将步骤(1)配好的料加水混合均匀，采用管式球磨机湿法球磨，球磨时间为38小时混均，粉碎至粉体的平均粒径0.2~2μm，其中加水量与原料质量比为3:1。

（3）将步骤（2）得到的原料110℃烘干，采用等静压（80MP）成型，保压10分钟，制得球形坯体。

（4）将步骤（3）球形坯体在还原气氛（H₂）中烧结，烧结温度为1575℃，保温100分钟，冷却至室温制得氧化铝陶瓷材料。

测试氧化铝陶瓷材料磨损率为0.000709%h^-1。

Claims (1)

1.一种制备氧化铝陶瓷的方法，其特征在于具体步骤为：

（1）按原料质量百分比为Al₂O₃ 70~99.7%、稀土镝的化合物0.1~10%、钙的化合物或矿物为0.05~10%、镁的化合物或矿物为0.05~10%以及硅的化合物或矿物为0.1~15%进行配料，原料各组分的质量百分比之和为100%；

（2）将步骤(1)配好的料加水混合，采用搅拌磨球磨或管式球磨机湿法球磨，球磨时间为5~96小时混均，粉碎至粉体的平均粒径0.2~2μm，其中加水量与原料质量比为1:3~3:1；

（3）将步骤（2）得到的原料干燥后，采用等静压，滚压成型或轴压成型，制得坯体；

（4）将步骤（3）坯体在空气气氛或还原气氛即CO、H₂或N₂中烧结，烧结温度为1050~1650℃，保温30~300分钟，冷却至室温制得氧化铝陶瓷材料；

所述稀土镝的化合物为氧化镝、碳酸镝、硝酸镝、草酸镝、磷酸镝和氢氧化镝中的一种；

所述钙的化合物为氧化钙的质量百分比大于45%的化合物，含钙的矿物为石灰岩、方解石和白垩岩中的一种；

所述硅的化合物为氧化硅的质量百分比大于35%的化合物，含硅的矿物为高岭土、透辉石、蒙脱石、叶蜡石、滑石和蛇纹石中的一种；

所述镁的化合物为氧化镁的质量百分比大于45%的化合物，含镁的矿物为水镁石、菱镁矿和白云石的一种。