CN1089249A - 抗高温老化及高韧性psz陶瓷 - Google Patents

Abstract

一种抗高温老化，高韧性陶瓷材料，以氧化镁和 氧化钇或稀土金属氧化物为复合稳定剂组成三元或 三元以上氧化锆系，通过配料制粉，等静压成型，烧成 及热处理制成力学性能优良，抗高温老化的部分稳定 氧化锆陶瓷。该陶瓷材料可广泛用作高温工程部件 及高级耐火材料。

Description

本发明属于陶瓷。

一种增韧陶瓷及其制备工艺。已有技术中利用氧化镁-氧化锆二元系，通过特定的工艺发明了高强度型PSZ陶瓷[US，patent No.4，067，745（1978）]和抗热震型PSZ陶瓷[US，patent No.4，279，655（1981）];通过添加少量的SrO，进一步改善了PSZ陶瓷的工艺稳定性及性能稳定性[Australian，patent No.15532（1983）]。但这种二元系PSZ陶瓷在温度≥900℃，保温时间超过一定时间，因产生立方氧化锆固溶相（C_ss）的分解反应，材料的优良力学性能逐渐恶化，即由于发生这种老化，使该材料不能在900℃以上正常应用。N.Claussen等在含0.5-7mol%MgO-ZrO₂二元系中加入0.5-4mol%稀土氧化物和适量的Al₂O₃发明了高温热稳定性明显改善的细晶PSZ陶瓷〔DE3415803（1985）〕。已有技术中MgO-ZrO₂二元系或稀土金属氧化物及氧化钇-MgO-ZrO₂三元系中，MgO含量一般都小于或等于10mol%，从无任何研究者或发明者认为MgO含量大于11-13mol%是获得优良性能PSZ的合适组成。M.V.Swain等曾就MgO含量为14mol%的Mg-PSZ陶瓷材料进行了研究，该结果表明在1100℃热处理时，因产生C_ss固溶体分解反应，材料的最高强度和韧性分别仅为220MPa和3MPa $\sqrt{m}$ [J. Am. Ceram. Soc.，66[5]358-362（1983）]。

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，通过实施对三元或三元以上ZrO₂系的配方组成、制备工艺和热处理，制备出抗高温老化，断裂强度较好，具有高韧性的PSZ陶瓷材料。

本发明陶瓷材料是按下述配料组成及工艺制备的。配料组成为：

ZrO₂：76-90mol%

MgO：8-20mol%

氧化钇或稀土金属氧化物：0.5-12mol%

制备工艺为：

按配比配料，球磨制粉（12-16h）或化学制粉，干燥，预压造粒，经200-300MPa等静压成型，在1420-1750℃烧成（1-4h），将制品在1000-1500℃下热处理1-100h。

本发明与已有技术相比具有的突出优点在于采用了氧化镁和氧化钇或稀土金属氧化物复合稳定剂组成的三元或三元以上氧化锆系及一定制备工艺和热处理条件，制备出的部分稳定氧化锆陶瓷材料的力学性能优良（三点抗弯强度为600-900MPa，K_IC＝6-15MPa $\sqrt{m}$ ），高温老化性能好，可进一步扩大氧化锆陶瓷在高温工程部件方面和高级陶瓷型耐火材料的开发应用。

例1.

配料组成为：9.26mol%MgO+7.41mol%CeO₂+83.33mol%ZrO₂。将配料经球磨制粉（12h），干燥（80℃，10h），预压造粒（50MPa，过40目筛），经250MPa等静压成型，成型体置于高温炉中经1650-1690℃，4h烧成，将烧成的制品在1420℃热处理2h，再在1100℃下热处理50h。该工艺条件下制备的陶瓷，其三点抗弯强度为600-700MPa，K_IC＝6.5-8MPa $\sqrt{m}$ 。将试样经1100℃，50h老化后，其三点抗弯强度为650-750MPa，K_IC＝7-8.5MPa $\sqrt{m}$ 。该陶瓷材料为热稳定型，可做为高温结构部件，特别是高温隔热部件的重要材料。

例2.

配料组成为：13.73mol%MgO+1.96mol%Y₂O₃+84.31mol%ZrO₂。配料经球磨制粉（12h），干燥（80℃，10h），预压造粒（50MPa，过40目筛），经250MPa等静压成型，将成型体置于高温炉中经1680℃，4h烧成，再将烧成的制品在1100℃热处理90h，其三点抗弯强度为500-600MPa，K_IC＝6-7.0MPa $\sqrt{m}$ ，经1100℃，60h老化处理，其三点抗弯强度为600-750MPa，K_IC＝～8MPa $\sqrt{m}$ 。该材料为热稳定型，可做为高温结构部件，特别是高温隔热部件的重要材料。

例3.

配料组成为13.86mol%MgO+0.99mol%Y₂O₃+85.15mol%ZrO₂。配料经球磨制粉（12h），干燥（80℃，10h），预压造粒（50MPa，过40目筛），经250-300MPa等静压成型，将成型体于高温炉中经1600℃或1680℃，4h烧成，再将烧成的制品经1100℃，32h热处理，其三点抗弯强度为300-500MPa，K_IC＝11-15MPa $\sqrt{m}$ 。此类材料为高韧型陶瓷，可应用于耐高温、抗浸蚀、冲刷，耐热震的部件。

Claims (2)

1、本发明属于陶瓷，已有技术采用10mol%以下的氧化镁和氧化锆二元系，或10mol%以下的氧化镁、氧化锆和少量稀土氧化物的三元系组成。本发明的特征在于采用的组成为：氧化锆为76-90mol%，氧化镁为8-20mol%，氧化钇或稀土金属氧化物为0.5-12mol%的三元系。

2、一种权利要求1所述的陶瓷材料制备工艺，其特征在于将权利要求1所述的组成配料经球磨制粉（12-16h）或化学制粉，200-300MPa等静压成型，成型坯件在1420-1750℃，1-4h烧成，再将烧成品在1000-1500℃热处理1-100h。