CN106830929A - 白色氧化锆烧结体及其制备方法和应用 - Google Patents

白色氧化锆烧结体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及陶瓷材料领域，尤其涉及一种白色氧化锆烧结体及其制备方法与应用。该白色氧化锆烧结体的制备方法包括如下步骤：(1)将氧化铝与水混合，加入分散剂，研磨后即得氧化铝粉料；(2)将可溶性锆盐和钇盐混合溶于水，调节pH值至8‑10，然后于140‑200℃下水热合成10‑72h，所得反应溶液依次经洗涤、干燥后即得氧化锆粉料；(3)将所述氧化锆粉料经800‑1100℃热处理后，加入所述氧化铝粉料，经研磨和造粒后，即得白色氧化锆烧结体用材料；(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料加工成型、高温烧结，即得。该方法制备的白色氧化锆烧结体强度高、不易开裂，颜色均匀，在制备陶瓷结构件上具有重要的应用推广价值。

Description

白色氧化锆烧结体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，尤其涉及一种白色氧化锆烧结体及其制备方法和应用。
背景技术
白色氧化锆陶瓷是一种新型的陶瓷结构件材料，具有优良的力学性能，质地轻硬度高韧性好，已成为陶瓷开发的重点。
一般制备白色氧化锆烧结体的方式是将氧化锆粉体与氧化铝直接研磨混合，但这类方法制备的氧化锆烧结体易出现气孔，且强度低、易开裂、颜色分布不均匀。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种白色氧化锆烧结体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)制备氧化铝粉料：将氧化铝与水混合，加入分散剂，研磨后即得所述氧化铝粉料；
(2)制备氧化锆粉料：将可溶性锆盐和钇盐混合溶于水，调节pH值至8-10，然后于140-200℃下水热合成10-72h，所得反应溶液依次经洗涤、干燥后即得所述氧化锆粉料；
(3)制备白色氧化锆烧结体用材料：将所述氧化锆粉料经800-1100℃热处理后，加入所述氧化铝粉料，经研磨和造粒后，即得所述白色氧化锆烧结体用材料；
(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料加工成型，然后在常压大气中进行高温烧结，即得。
本发明所述制备方法，使得氧化铝均匀分布在氧化锆粉料内，制备的白色氧化锆烧结体强度高、韧性大，不易开裂，成色好，颜色分布均匀。
具体的，步骤(1)中所述氧化铝与水的质量比为1-1.2：1。
具体的，所述分散剂为丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酰胺、聚氨酯中的至少一种；和/或，所述分散剂的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.1％-0.5％。
本发明所述步骤(1)具体为：将氧化铝与水等比例混合，加入分散剂，用锆珠进行湿式研磨，研磨1-5h后即得所述氧化铝粉料；其中，所述分散剂的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.15％-0.3％。
具体的，步骤(2)中所述锆盐和钇盐的摩尔比为94-98：2-6；优选为96：4。本发明所述锆盐和钇盐选用现有的常规盐类即可。
具体的，步骤(3)中所述热处理的时间为1-5h；
和/或，步骤(3)中所述氧化锆粉料和氧化铝粉料的质量比为：70-90：10-30，优选为75-85：15-25，更优选为80：20。
具体的，步骤(3)所述造粒过程中添加了粘合剂，且所述粘合剂的添加量为所述白色氧化锆烧结体用材料总质量的2％-8％；
优选的，所述粘合剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、丙烯酸树脂、羧甲基纤维素中的至少一种。
具体的，步骤(4)所述高温烧结的温度为1400-1550℃，时间为1-4h。
具体的，本发明中，所述氧化铝粉料的平均粒径为0.08-0.5μm；所述氧化锆粉料的BET比表面积为5-16m2/g，平均粒径为0.2-0.6μm；所述白色氧化锆烧结体用材料的平均造粒粒径为10-60μm。
本发明还提供了一种所述方法制备的白色氧化锆烧结体。该白色氧化锆烧结体强度高、韧性大，不易开裂，成色好，颜色分布均匀；且性能指标优良，其三点抗弯强度>1100MPa，断裂韧性大于15MPa·m1/2，晶粒大小为0.2-0.6μm，经测试Lab(颜色模型)可知，L值≥92，a值为-1～1，b值为-1～1。
本发明还提供了所述白色氧化锆烧结体在制备陶瓷结构件中的应用；
优选的，所述陶瓷结构件为陶瓷刀、研磨珠、手表链或手机外壳中的任一种。
本发明还提供了一种制备上述白色氧化锆烧结体的方法，即，将所述氧化锆粉料经800-1100℃热处理后，加入所述氧化铝，研磨，研磨过程中加入所述分散剂和粘合剂，再依次经造粒、成型后高温烧结，即得。
本发明所述方法，氧化铝均匀分布在氧化锆基体内，制备的白色氧化锆烧结体强度高、韧性大，成色好，颜色分布均匀。本发明采用上述原料制备的白色氧化锆烧结体强度高、韧性大，不易开裂，颜色分布均匀。
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明所述方法，使得氧化铝均匀分布在氧化锆基体内，制备的白色氧化锆烧结体强度高、韧性大，不易开裂，成色好，颜色分布均匀，其三点抗弯强度>1100MPa，断裂韧性大于15MPa·m1/2，晶粒大小为0.2-0.6μm，经测试Lab(颜色模型)可知，L值≥92，a值为-1～1，b值为-1～1，因而该白色氧化锆烧结体性能优良，在制备陶瓷刀、研磨珠、手表链、手机外壳等陶瓷结构件上具有重要的应用推广价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1
本实施例提供了一种白色氧化锆烧结体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将氧化铝与水等比例混合，加入聚丙烯酸，用锆珠进行湿式研磨，研磨1-5h后得氧化铝粉料；其中，所述聚丙烯酸的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.2％；
(2)将可溶性锆盐和钇盐按98：2的摩尔比混合溶于水，搅拌条件下用氨水调节pH值至9，然后于180℃下水热合成52h，所得反应溶液依次经纯水洗涤、干燥，得氧化锆粉料；所述氧化锆粉料中氧化钇的摩尔百分比为2％，所述氧化锆粉料的BET比表面积为7.2m2/g，平均粒径为0.25μm；
(3)将所述氧化锆粉料经1000℃热处理2h后，向80kg氧化锆粉料中加入20kg氧化铝粉料，研磨，然后通过喷雾造粒的方式进行造粒，造粒过程中加入3.5kg聚乙烯醇，得到平均造粒粒径为37μm的白色氧化锆烧结体用材料；
(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料在200MPa的压力下加工成型，然后于常压大气中在1450℃下烧结3h，即得。
实施例2
本实施例提供了一种白色氧化锆烧结体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将氧化铝与水等比例混合，加入丙烯酸，用锆珠进行湿式研磨，研磨1-5h后得氧化铝粉料；其中，所述丙烯酸的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.15％。
(2)将可溶性锆盐和钇盐按97.5：2.5的质量比混合溶于水，搅拌条件下用氨水调节pH值至8.5，然后于145℃下水热合成36h，所得反应溶液依次经纯水洗涤、干燥，得氧化锆粉料；所述氧化锆粉料中氧化钇的摩尔百分比为2.5％，所述氧化锆粉料的BET比表面积为13.2m2/g，平均粒径为0.39μm；
(3)将所述氧化锆粉料经900℃热处理2h后，向80kg氧化锆粉料中加入20kg氧化铝粉料，研磨，然后通过喷雾造粒的方式进行造粒，造粒过程中加入2kg聚乙二醇，得到平均造粒粒径为45μm的白色氧化锆烧结体用材料；
(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料在155MPa的压力下加工成型，然后于常压大气中在1400℃下烧结4h，即得。
实施例3
本实施例提供了一种白色氧化锆烧结体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将氧化铝与水等比例混合，加入聚氨酯，用锆珠进行湿式研磨，研磨1-5h后得氧化铝粉料；其中，所述聚氨酯的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.5％。
(2)将可溶性锆盐和钇盐按97：3的质量比混合溶于水，搅拌条件下用氨水调节pH值至10，然后于170℃下水热合成18h，所得反应溶液依次经纯水洗涤、干燥，得氧化锆粉料；所述氧化锆粉料中氧化钇的摩尔百分比为3％，所述氧化锆粉料的BET比表面积为6.2m2/g，平均粒径为0.46μm；
(3)将所述氧化锆粉料经850℃热处理4h后，向80kg氧化锆粉料中加入20kg氧化铝粉料，研磨，然后通过喷雾造粒的方式进行造粒，造粒过程中加入7.5kg丙烯酸树脂，得到平均造粒粒径为33μm的白色氧化锆烧结体用材料；
(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料在250MPa的压力下加工成型，然后于常压大气中在1550℃下烧结1.5h，即得。
实施例4
本实施例提供了一种白色氧化锆烧结体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将氧化铝与水等比例混合，加入聚丙烯酸，用锆珠进行湿式研磨，研磨1-5h后得氧化铝粉料；其中，所述聚丙烯酸的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.35％。
(2)将可溶性锆盐和钇盐按97.5：2.5的质量比混合溶于水，搅拌条件下用氨水调节pH值至8.2，然后于145℃下水热合成70h，所得反应溶液依次经纯水洗涤、干燥，得氧化锆粉料；所述氧化锆粉料中氧化钇的摩尔百分比为2.5％，所述氧化锆粉料的BET比表面积为15.6m2/g，平均粒径为0.356μm；
(3)将所述氧化锆粉料经840℃热处理4h后，向85kg氧化锆粉料中加入15kg氧化铝粉料，研磨，然后通过喷雾造粒的方式进行造粒，造粒过程中加入2.8kg羧甲基纤维素，得到平均造粒粒径为43μm的白色氧化锆烧结体用材料；
(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料在175MPa的压力下加工成型，然后于常压大气中在1480℃下烧结3h，即得。
实施例5
本实施例提供了一种白色氧化锆烧结体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将氧化铝与水等比例混合，加入丙烯酰胺，用锆珠进行湿式研磨，研磨1-5h后得氧化铝粉料；其中，所述丙烯酰胺的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.15％。
(2)将可溶性锆盐和钇盐按97.5：2.5的质量比混合溶于水，搅拌条件下用氨水调节pH值至9.6，然后于150℃下水热合成14h，所得反应溶液依次经纯水洗涤、干燥，得氧化锆粉料；所述氧化锆粉料中氧化钇的摩尔百分比为2.5％，所述氧化锆粉料的BET比表面积为5.8m2/g，平均粒径为0.25μm；
(3)将所述氧化锆粉料经1080℃热处理3h后，向75kg氧化锆粉料中加入25kg氧化铝粉料，研磨，然后通过喷雾造粒的方式进行造粒，造粒过程中加入2.5kg聚乙烯醇，得到平均造粒粒径为35μm的白色氧化锆烧结体用材料；
(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料在190MPa的压力下加工成型，然后于常压大气中在1510℃下烧结2h，即得。
实施例6
本实施例提供了一种白色氧化锆烧结体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将氧化铝与水等比例混合，加入聚丙烯酸，用锆珠进行湿式研磨，研磨1-5h后得氧化铝粉料；其中，所述聚丙烯酸的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.35％。
(2)将可溶性锆盐和钇盐按97.5：2.5的质量比混合溶于水，搅拌条件下用氨水调节pH值至8.6，然后于160℃下水热合成30h，所得反应溶液依次经纯水洗涤、干燥，得氧化锆粉料；所述氧化锆粉料中氧化钇的摩尔百分比为2.5％，所述氧化锆粉料的BET比表面积为12.3m2/g，平均粒径为0.452μm；
(3)将所述氧化锆粉料经950℃热处理3h后，向80kg氧化锆粉料中加入20kg氧化铝粉料，研磨，然后通过喷雾造粒的方式进行造粒，造粒过程中加入6kg聚乙烯醇，得到平均造粒粒径为44μm的白色氧化锆烧结体用材料；
(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料在160MPa的压力下加工成型，然后于常压大气中在1500℃下烧结3h，即得。
实施例7
本实施例提供了一种白色氧化锆烧结体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将氧化铝与水等比例混合，加入丙烯酰胺，用锆珠进行湿式研磨，研磨1-5h后得氧化铝粉料；其中，所述丙烯酰胺的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.5％。
(2)将可溶性锆盐和钇盐按97.5：2.5的质量比混合溶于水，搅拌条件下用氨水调节pH值至9.0，然后于180℃下水热合成40h，所得反应溶液依次经纯水洗涤、干燥，得氧化锆粉料；所述氧化锆粉料中氧化钇的摩尔百分比为2.5％，所述氧化锆粉料的BET比表面积为13.6m2/g，平均粒径为0.52μm；
(3)将所述氧化锆粉料经950℃热处理4h后，向80kg氧化锆粉料中加入20kg氧化铝粉料，研磨，然后通过喷雾造粒的方式进行造粒，造粒过程中加入4.2kg丙烯酸树脂，得到平均造粒粒径为37μm的白色氧化锆烧结体用材料；
(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料在230MPa的压力下加工成型，然后于常压大气中在1550℃下烧结3h，即得。
实施例1-7所制备的白色氧化锆烧结体的性能指标如下表所示：
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种白色氧化锆烧结体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备氧化铝粉料：将氧化铝与水混合，加入分散剂，研磨后即得所述氧化铝粉料；
(2)制备氧化锆粉料：将可溶性锆盐和钇盐混合溶于水，调节pH值至8-10，然后于140-200℃下水热合成10-72h，所得反应溶液依次经洗涤、干燥后即得所述氧化锆粉料；
(3)制备白色氧化锆烧结体用材料：将所述氧化锆粉料经800-1100℃热处理后，加入所述氧化铝粉料，经研磨和造粒后，即得所述白色氧化锆烧结体用材料；
(4)将所述白色氧化锆烧结体用材料加工成型，然后在常压大气中进行高温烧结，即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述氧化铝与水的质量比为1-1.2：1。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述分散剂为丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酰胺、聚氨酯中的至少一种；和/或，所述分散剂的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.1％-0.5％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：将氧化铝与水等比例混合，加入分散剂，用锆珠进行湿式研磨，研磨1-5h后即得所述氧化铝粉料；其中，所述分散剂的添加量为所述氧化铝粉料总质量的0.15％-0.3％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述锆盐和钇盐的摩尔比为94-98：2-6；优选为96：4。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述热处理的时间为1-5h；
和/或，步骤(3)中所述氧化锆粉料和氧化铝粉料的质量比为：70-90：10-30，优选为75-85：15-25，更优选为80：20。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述造粒过程中添加了粘合剂，且所述粘合剂的添加量为所述白色氧化锆烧结体用材料总质量的2％-8％；
优选的，所述粘合剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、丙烯酸树脂、羧甲基纤维素中的至少一种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述高温烧结的温度为1400-1550℃，时间为1-4h。
9.一种权利要求1-8任一项所述方法制备的白色氧化锆烧结体。
10.权利要求9所述的白色氧化锆烧结体在制备陶瓷结构件中的应用；
优选的，所述陶瓷结构件为陶瓷刀、研磨珠、手表链或手机外壳中的任一种。
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