CN108395220A - 一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化铝‑氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,包括如下步骤:(100)将氧化铝粉体、氧化锆粉体、烧结助剂、分散剂、磨介和磨球加入球磨罐中,然后在球磨机上球磨;所述烧结助剂为氧化镧、氧化镁和氧化硅;(200)将球磨后的浆料进行干燥后粉碎过筛,然后进行造粒;(300)将造粒之后的混合粉料进行干压成型,保压一定时间后泄压,得到成型块体,再将成型块体置于高温炉中烧结得到氧化铝‑氧化锆复相陶瓷。通过上述方式,本发明可有效降低氧化铝的烧结温度,提高氧化铝的耐磨性能;同时可降低生产成本,且工艺路线简单合理,适用于工业化生产。

Description

一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料的制备领域,特别是涉及一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法。
背景技术
氧化铝陶瓷材料具有密度低、强度高、耐磨性及化学稳定性高,高温下摩擦系数稳定等性能,在摩擦材料领域有着极大的应用潜力。同时,氧化铝原料来源丰富且价格低廉,因而用氧化铝陶瓷材料代替金属材料作摩擦磨损器件已成为国内外陶瓷行业的主要应用研究课题之一。
高纯氧化铝陶瓷的烧结往往需要较高的成型压力、较高的烧结温度和较长的保温时间,很难获得致密的高纯氧化铝陶瓷,另外,针对目前越来越高的使用要求,单相氧化铝陶瓷的耐磨性能仍有待提高。现有研究往往添加一些烧结助剂如二氧化硅等促进氧化铝在较低的温度下烧结致密,但并未起到明显的提高氧化铝陶瓷耐磨性能的作用。陶瓷复相化是提高陶瓷基体性能的有效途径之一。因此,将低温烧结的思路与氧化铝陶瓷复相化的思想结合,可获得低温烧结氧化铝基耐磨复相陶瓷,这对于氧化铝陶瓷的应用和发展具有重要意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是:针对现有技术的不足,提供一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,可有效降低氧化铝的烧结温度,提高氧化铝的耐磨性能;同时可降低生产成本,且工艺路线简单合理,适用于工业化生产。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,包括如下步骤:
(100)将氧化铝粉体、氧化锆粉体、烧结助剂、分散剂、磨介和磨球加入球磨罐中,然后在球磨机上球磨;所述烧结助剂为氧化镧、氧化镁和氧化硅;
(200)将球磨后的浆料进行干燥后粉碎过筛,然后进行造粒;
(300)将造粒之后的混合粉料进行干压成型,保压一定时间后泄压,得到成型块体,再将成型块体置于高温炉中烧结得到氧化铝-氧化锆复相陶瓷。
在本发明一个较佳实施例中,所述氧化铝粉体为工业级,其纯度≥95%,粉体的粒径≤10μm。
在本发明一个较佳实施例中,所述氧化锆粉体的纯度≥99%,粒径≤1μm,其添加量为氧化铝粉体质量的20%~45%。
在本发明一个较佳实施例中,所述烧结助剂的添加量为氧化铝粉体质量的1.0%~8.0%,其中,所述氧化镧、氧化镁和氧化硅的质量比为2:2:(3~9)。
在本发明一个较佳实施例中,所述分散剂为聚醚酰亚胺。
在本发明一个较佳实施例中,所述磨介为去离子水。
在本发明一个较佳实施例中,所述磨球为氧化锆研磨球。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤(100)中的球料比为2~6,球磨机的转速为180r/min~350r/min,球磨时间为4~8小时,所述球磨罐为聚四氟乙烯或尼龙球磨罐,所述球磨机为行星式球磨机或卧式滚磨机。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤(200)具体为:将球磨后的料浆置于鼓风干燥箱中烘干,然后破碎过100目筛,再使用聚乙烯醇或聚乙二醇造粒,所述聚乙烯醇或聚乙二醇的加入量为氧化铝粉体质量的0.5%~2.0%。
在本发明一个较佳实施例中,所述步骤(300)中干压成型的压力为80~160MPa,保压时间为2-4分钟,高温炉中的烧结温度为1500~1650℃,保温时间为2~6小时。
本发明的有益效果是:通过结合低温烧结和复相增强的思想,利用氧化镧-氧化镁-氧化硅作为复合烧结助剂体系,可有效降低氧化铝的烧结温度,利用氧化锆为强韧相,可有效提高氧化铝的耐磨性能,再通过球磨、成型、烧结等工艺得到致密的氧化铝基陶瓷块体;能够降低生产成本,且工艺路线简单合理,适用于工业化生产。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括:
实施例一
一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,包括如下步骤:
(100)将氧化铝粉体、氧化锆粉体、烧结助剂、分散剂、磨介和磨球加入球磨罐中,然后在球磨机上球磨;所述烧结助剂的添加量为氧化铝粉体质量的8.0%,且所述烧结助剂为氧化镧、氧化镁和氧化硅,其中,氧化镧、氧化镁和氧化硅的质量比为2:2:3;
(200)将球磨后的料浆置于鼓风干燥箱中烘干,然后破碎过100目筛,再使用聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)造粒,所述聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)的加入量为氧化铝粉体质量的2.0%;
(300)将造粒之后的混合粉料进行干压成型,成型压力为160MPa,保压一定时间后泄压,得到成型块体,再将成型块体置于高温炉中烧结,烧结温度为1650℃,保温时间为2小时,得到氧化铝-氧化锆复相陶瓷;所述保压时间为4分钟。
所述步骤(100)中的球料比为2,球磨机的转速为180r/min,球磨时间为8小时;所述氧化铝粉体为工业级,其纯度≥95%,粉体的粒径≤10μm;所述氧化锆粉体的纯度≥99%,粒径≤1μm,其添加量为氧化铝粉体质量的20%;所述分散剂为聚醚酰亚胺(PEI);所述磨介为去离子水;所述磨球为氧化锆研磨球;所述球磨罐为聚四氟乙烯或尼龙球磨罐,所述球磨机为行星式球磨机或卧式滚磨机。
实施例二
一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,包括如下步骤:
(100)将氧化铝粉体、氧化锆粉体、烧结助剂、分散剂、磨介和磨球加入球磨罐中,然后在球磨机上球磨;所述烧结助剂的添加量为氧化铝粉体质量的1.0%,且所述烧结助剂为氧化镧、氧化镁和氧化硅,其中,氧化镧、氧化镁和氧化硅的质量比为2:2:9;
(200)将球磨后的料浆置于鼓风干燥箱中烘干,然后破碎过100目筛,再使用聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)造粒,所述聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)的加入量为氧化铝粉体质量的0.5%;
(300)将造粒之后的混合粉料进行干压成型,成型压力为80MPa,保压一定时间后泄压,得到成型块体,再将成型块体置于高温炉中烧结,烧结温度为1500℃,保温时间为6小时,得到氧化铝-氧化锆复相陶瓷;所述保压时间为2分钟。
所述步骤(100)中的球料比为6,球磨机的转速为350r/min,球磨时间为4小时;所述氧化铝粉体为工业级,其纯度≥95%,粉体的粒径≤10μm;所述氧化锆粉体的纯度≥99%,粒径≤1μm,其添加量为氧化铝粉体质量的45%;所述分散剂为聚醚酰亚胺(PEI);所述磨介为去离子水;所述磨球为氧化锆研磨球;所述球磨罐为聚四氟乙烯或尼龙球磨罐,所述球磨机为行星式球磨机或卧式滚磨机。
实施例三
一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,包括如下步骤:
(100)将氧化铝粉体、氧化锆粉体、烧结助剂、分散剂、磨介和磨球加入球磨罐中,然后在球磨机上球磨;所述烧结助剂的添加量为氧化铝粉体质量的1.0%~8.0%,且所述烧结助剂为氧化镧、氧化镁和氧化硅,其中,氧化镧、氧化镁和氧化硅的质量比为2:2:6;
(200)将球磨后的料浆置于鼓风干燥箱中烘干,然后破碎过100目筛,再使用聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)造粒,所述聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)的加入量为氧化铝粉体质量的1.2%;
(300)将造粒之后的混合粉料进行干压成型,成型压力为120MPa,保压一定时间后泄压,得到成型块体,再将成型块体置于高温炉中烧结,烧结温度为1575℃,保温时间为4小时,得到氧化铝-氧化锆复相陶瓷;所述保压时间为3分钟。
所述步骤(100)中的球料比为4,球磨机的转速为265r/min,球磨时间为6小时;所述氧化铝粉体为工业级,其纯度≥95%,粉体的粒径≤10μm;所述氧化锆粉体的纯度≥99%,粒径≤1μm,其添加量为氧化铝粉体质量的32.5%;所述分散剂为聚醚酰亚胺(PEI);所述磨介为去离子水;所述磨球为氧化锆研磨球;所述球磨罐为聚四氟乙烯或尼龙球磨罐,所述球磨机为行星式球磨机或卧式滚磨机。
本发明揭示了一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,通过结合低温烧结和复相增强的思想,利用氧化镧-氧化镁-氧化硅作为复合烧结助剂体系,可有效降低氧化铝的烧结温度,利用氧化锆为强韧相,可有效提高氧化铝的耐磨性能,再通过球磨、成型、烧结等工艺得到致密的氧化铝基陶瓷块体;能够降低生产成本,且工艺路线简单合理,适用于工业化生产。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(100)将氧化铝粉体、氧化锆粉体、烧结助剂、分散剂、磨介和磨球加入球磨罐中,然后在球磨机上球磨;所述烧结助剂为氧化镧、氧化镁和氧化硅;
(200)将球磨后的浆料进行干燥后粉碎过筛,然后进行造粒;
(300)将造粒之后的混合粉料进行干压成型,保压一定时间后泄压,得到成型块体,再将成型块体置于高温炉中烧结得到氧化铝-氧化锆复相陶瓷。
2.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,所述氧化铝粉体为工业级,其纯度≥95%,粉体的粒径≤10μm。
3.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,所述氧化锆粉体的纯度≥99%,粒径≤1μm,其添加量为氧化铝粉体质量的20%~45%。
4.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,所述烧结助剂的添加量为氧化铝粉体质量的1.0%~8.0%,其中,所述氧化镧、氧化镁和氧化硅的质量比为2:2:(3~9)。
5.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,所述分散剂为聚醚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,所述磨介为去离子水。
7.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,所述磨球为氧化锆研磨球。
8.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(100)中的球料比为2~6,球磨机的转速为180r/min~350r/min,球磨时间为4~8小时,所述球磨罐为聚四氟乙烯或尼龙球磨罐,所述球磨机为行星式球磨机或卧式滚磨机。
9.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(200)具体为:将球磨后的料浆置于鼓风干燥箱中烘干,然后破碎过100目筛,再使用聚乙烯醇或聚乙二醇造粒,所述聚乙烯醇或聚乙二醇的加入量为氧化铝粉体质量的0.5%~2.0%。
10.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆耐磨复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(300)中干压成型的压力为80~160MPa,保压时间为2-4分钟,高温炉中的烧结温度为1500~1650℃,保温时间为2~6小时。
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