CN104529440B - 复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体及其制备工艺，该原料粉体包括主料及辅助粉体，辅助粉体与主料的重量比为1：5～20；其中：主料为氧氯化锆和硝酸钇的组合物，氧氯化锆与硝酸钇的摩尔比为97:3；辅助粉体为铈稳定氧化锆熟料或镁铝尖晶石粉。本发明原料粉体，耐磨性高、硬度高、耐腐蚀。用本发明原料粉体制成的陶瓷件耐磨性高，有利于使用的连续性和持久性，特别适合应用于陶瓷阀门、陶瓷管道，并可广泛应用于其它要求耐磨性高的陶瓷设备或工具。

Description

复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种陶瓷领域，具体地说是涉及一种复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体及其制备工艺。
背景技术
特种陶瓷已广泛应用于现代工业的各个领域，特别是氧化锆陶瓷。氧化锆陶瓷不仅具有其它特种陶瓷所具有的耐酸性、耐碱性、耐腐蚀性好、硬度高的特征，同时还具有良好的韧性，因而氧化锆陶瓷在许多行业的使用越来越广泛，如陶瓷阀门、陶瓷管道、陶瓷轴承、陶瓷研磨器、高耐磨厨具等。
以陶瓷管道和陶瓷阀门为例。许多压力运送粉尘或含固颗粒浆液的行业，因金属管道和金属阀门磨蚀、腐蚀快，要经常停机更换，影响连续生产，还会带来巨大的经济损失。现在许多这种对管道、阀门有高腐蚀、高磨蚀行业多采用陶瓷管道和陶瓷阀门，同时希望陶瓷管道和陶瓷阀门的耐腐蚀、耐磨蚀性越高越好。
而陶瓷管道和陶瓷阀门的陶瓷部分一般由氧化锆陶瓷粉体制成，氧化锆陶瓷原料粉体的性能很大程度决定了氧化锆陶瓷件成品的特性。因此，应当提高氧化锆陶瓷原料粉体的耐磨性。
发明内容
本发明提供一种复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体，其耐磨性高，同时提供其制备工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体，其特征是：包括主料及辅助粉体，辅助粉体与主料的重量比为1：5～20；其中：主料为氧氯化锆和硝酸钇的组合物，氧氯化锆与硝酸钇的摩尔比为97:3；辅助粉体为铈稳定氧化锆熟料或镁铝尖晶石粉。
铈稳定氧化锆熟料的制备方法为：含铈12～16mol％的铈稳定氧化锆经1420～1580℃煅烧3-5小时，然后经破碎，过筛所得。
铈稳定氧化锆熟料的粒度为1500～4000目。
镁铝尖晶石粉的粒度为1000～3500目。
一种复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，按以下步骤进行：
(1)将氧氯化锆、硝酸钇、聚乙二醇搅拌溶于去离子水，制备成溶液A，其中聚乙二醇与主料的重量比为1：100～800，去离子水与氧氯化锆、硝酸钇、聚乙二醇的组合物的重量比为1：0.45～0.85；
将碳酸氢铵与去离子水配制成质量百分浓度为15-20％的溶液，得到溶液B；
将平平加与去离子水配制成质量百分浓度为10％的溶液，得到溶液C；溶液C与溶液A的体积比为1：5～20；
(2)先将铈稳定氧化锆熟料或镁铝尖晶石粉，与去离子水加到带搅拌器的反应釜中，搅拌，然后同时滴加溶液A和溶液B，进行共沉淀反应；
调节溶液B的滴加速度，控制pH＝8.5～10，反应结束后，继续搅拌并滴加溶液C；
(3)溶液C滴加完后，搅拌，然后采用去离子水水洗处理，烘干、煅烧，最后粉碎即可。
所述烘干的温度为120～180℃，时间为3～5小时。
所述煅烧的温度为850～1050℃，时间为3～5小时。
所述水洗处理为水洗至当量浓度为0.1N的硝酸银溶液检测无氯离子。
采用沉淀法制备钇稳定氧化锆时，加入铈稳定氧化锆熟料(或镁铝尖晶石粉)，使其均匀分散于水合锆凝胶中，在煅烧过程中以铈稳定氧化锆熟料(或镁铝尖晶石粉)为晶核，形成复合晶相高耐磨陶瓷原料粉体，使得陶瓷原料粉体的耐磨性、致密性得到很大提高。
本发明原料粉体可按常规方法制成各种陶瓷件。
采用上述技术方案后，本发明与现有的背景技术相比，具有如下优点：
1、本发明原料粉体，耐磨性高、硬度高、耐腐蚀。
2、用本发明原料粉体制成的陶瓷件耐磨性高，有利于使用的连续性和持久性，特别适合应用于陶瓷阀门、陶瓷管道，并可广泛应用于其它要求耐磨性高的陶瓷设备或工具。
具体实施方式
以下提供本发明的一些实施例，以助于进一步理解本发明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。
实施例一
一种复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，按以下步骤进行：
(1)将氧氯化锆、硝酸钇、聚乙二醇搅拌溶于去离子水，制备成溶液A，其中：氧氯化锆与硝酸钇的摩尔比为97:3；聚乙二醇：(氧氯化锆+硝酸钇)的重量比为1：800；去离子水：(氧氯化锆+硝酸钇+聚乙二醇)的重量比为1：0.6；
将碳酸氢铵与去离子水配制成质量百分浓度为20％的溶液，得到溶液B；
将平平加与去离子水配制成质量百分浓度为10％的溶液，得到溶液C；溶液C与溶液A的体积比为1：10；
(2)先将铈稳定氧化锆熟料、去离子水加到带搅拌器的反应釜中，搅拌半小时，铈稳定氧化锆熟料：(氧氯化锆+硝酸钇)的重量比为1：10；然后同时滴加溶液A和溶液B，进行共沉淀反应；
调节溶液B的滴加速度，控制pH＝9.5，反应结束后，继续搅拌并滴加溶液C；
(3)溶液C滴加完后，再搅拌半小时，然后采用去离子水水洗处理，水洗至当量浓度为0.1N的硝酸银溶液检测无氯离子。然后烘干、烘干的温度为150℃，时间为3小时。然后煅烧，煅烧的温度为1000℃，时间为4小时，最后粉碎即可。
上述铈稳定氧化锆熟料的制备方法为：含铈14mol％的铈稳定氧化锆经1500℃煅烧3小时，然后经破碎，过筛所得。铈稳定氧化锆熟料的粒度为1500～4000目。
实施例二
一种复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，按以下步骤进行：
(1)将氧氯化锆、硝酸钇、聚乙二醇搅拌溶于去离子水，制备成溶液A，其中：氧氯化锆与硝酸钇的摩尔比为97:3；聚乙二醇：(氧氯化锆+硝酸钇)的重量比为1：100；去离子水：(氧氯化锆+硝酸钇+聚乙二醇)的重量比为1：0.5；
将碳酸氢铵与去离子水配制成质量百分浓度为15％的溶液，得到溶液B；
将平平加与去离子水配制成质量百分浓度为10％的溶液，得到溶液C；溶液C与溶液A的体积比为1：5；
(2)先将铈稳定氧化锆熟料、去离子水加到带搅拌器的反应釜中，搅拌半小时，铈稳定氧化锆熟料：(氧氯化锆+硝酸钇)的重量比为1：20；然后同时滴加溶液A和溶液B，进行共沉淀反应；
调节溶液B的滴加速度，控制pH＝9.5，反应结束后，继续搅拌并滴加溶液C；
(3)溶液C滴加完后，再搅拌半小时，然后采用去离子水水洗处理，水洗至当量浓度为0.1N的硝酸银溶液检测无氯离子。然后烘干、烘干的温度为120℃，时间为5小时。然后煅烧，煅烧的温度为1050℃，时间为5小时，最后粉碎即可。
上述铈稳定氧化锆熟料的制备方法为：含铈12mol％的铈稳定氧化锆经1420℃煅烧5小时，然后经破碎，过筛所得。铈稳定氧化锆熟料的粒度为1500～4000目。
实施例三
一种复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，按以下步骤进行：
(1)将氧氯化锆、硝酸钇、聚乙二醇搅拌溶于去离子水，制备成溶液A，其中：氧氯化锆与硝酸钇的摩尔比为97:3；聚乙二醇：(氧氯化锆+硝酸钇)的重量比为1：500；去离子水：(氧氯化锆+硝酸钇+聚乙二醇)的重量比为1：0.8；
将碳酸氢铵与去离子水配制成质量百分浓度为16％的溶液，得到溶液B；
将平平加与去离子水配制成质量百分浓度为10％的溶液，得到溶液C；溶液C与溶液A的体积比为1：20；
(2)先将镁铝尖晶石粉、去离子水加到带搅拌器的反应釜中，搅拌半小时，镁铝尖晶石粉：(氧氯化锆+硝酸钇)的重量比为1：5；然后同时滴加溶液A和溶液B，进行共沉淀反应；镁铝尖晶石粉的粒度为1000～3500目。
调节溶液B的滴加速度，控制pH＝10，反应结束后，继续搅拌并滴加溶液C；
(3)溶液C滴加完后，再搅拌半小时，然后采用去离子水水洗处理，水洗至当量浓度为0.1N的硝酸银溶液检测无氯离子。然后烘干、烘干的温度为180℃，时间为4小时。然后煅烧，煅烧的温度为850℃，时间为5小时，最后粉碎即可。
实验：
将实施例一、二、三得到的原料粉体按本领域常规方法制成陶瓷件，另取市面上普通氧化锆陶瓷件进行对比试验。
利用GB/T3810.6-2006检测标准进行检测。检测结果显示，普通氧化锆陶瓷件的耐磨性为：磨损体积(mm3)≥3，实施例一、二、三得到的原料粉体制成的氧化锆陶瓷件的耐磨性为磨损体积(mm3)≤2。
检测结果表明，本发明原料粉体制成的氧化锆陶瓷件的耐磨性有很大的提高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，其特征是：按以下步骤进行：
(1)将主料、聚乙二醇搅拌溶于去离子水，制备成溶液A，其中主料为氧氯化锆和硝酸钇的组合物，氧氯化锆与硝酸钇的摩尔比为97:3，聚乙二醇与主料的重量比为1：100～800，去离子水与氧氯化锆、硝酸钇、聚乙二醇的组合物的重量比为1：0.45～0.85；
将碳酸氢铵与去离子水配制成质量百分浓度为15-20％的溶液，得到溶液B；
将平平加与去离子水配制成质量百分浓度为10％的溶液，得到溶液C；溶液C与溶液A的体积比为1：5～20；
(2)先将铈稳定氧化锆熟料或镁铝尖晶石粉，与去离子水加到带搅拌器的反应釜中，搅拌，然后同时滴加溶液A和溶液B，进行共沉淀反应；
调节溶液B的滴加速度，控制pH＝8.5～10，反应结束后，继续搅拌并滴加溶液C；
(3)溶液C滴加完后，搅拌，然后采用去离子水水洗处理，烘干、煅烧，最后粉碎即可。
2.如权利要求1所述的复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，其特征在于：所述烘干的温度为120～180℃，时间为3～5小时。
3.如权利要求1所述的复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，其特征在于：所述煅烧的温度为850～1050℃，时间为3～5小时。
4.如权利要求1所述的复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，其特征在于：所述水洗处理为水洗至当量浓度为0.1N的硝酸银溶液检测无氯离子。
5.根据权利要求1所述的复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，其特征是：所述铈稳定氧化锆熟料的制备方法为：含铈12～16mol％的铈稳定氧化锆经1420～1580℃煅烧3-5小时，然后经破碎，过筛所得。
6.根据权利要求5所述的复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，其特征是：铈稳定氧化锆熟料的粒度为1500～4000目。
7.根据权利要求1所述的复合晶相结构的高耐磨氧化锆陶瓷原料粉体的制备工艺，其特征是：镁铝尖晶石粉的粒度为1000～3500目。
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