CN109251026A - 一种氧化锆陶瓷粉体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化锆陶瓷粉体及其制备方法，包括以下按照重量份数计的原材料：1‑5份的Y(NO3)3·6H2O、95‑100份的ZrOCl2··8H2O和0.5‑4份的Mg（NO3)2·6H2O，将原材料分别加入去离子水中混合得到混合液，采用共沉淀法对混合液进行沉淀处理，得到氧化锆（Y‑TZP）粉体；对氧化锆（Y‑TZP）粉体进行成型、烧结、抛光处理，得到粒径为1.5mm的氧化锆研磨球。本发明制备得到的氧化锆陶瓷粉体，耐压强度高且稳定、韧性好、耐高温潮湿环境使用，在现有工艺条件下，其烧结温度低、工艺简单，适宜批量生产。

Description

一种氧化锆陶瓷粉体及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷粉体加工技术领域，具体地说是一种多稳定剂氧化锆陶瓷粉体及其制备方法。
背景技术
氧化锆陶瓷是研究最早的相变增韧陶瓷，利用氧化锆的相变特性，可以获得具有非常高的断裂韧性、抗弯强度的陶瓷制品。在现代工业陶瓷体系中，氧化锆陶瓷已经成为继氧化铝陶瓷之后的第二大工业陶瓷体系。氧化锆有三种晶型: 单斜晶，四方晶，立方晶。三种晶型可以相互转化，在单斜与四方晶型相变过程中，伴随着体积突变，因此采用纯氧化锆很难制造出致密烧结且又不开裂的制品。早期人们发现采用与Zr4+离子半径比较接近的阳离子碱土氧化物或者稀土氧化锆（如MgO、CaO、Y2O3、CeO2等）通过形成固溶体使它具有全部稳定的结构。
人们认识相变增韧陶瓷始于钙稳定氧化锆（Ca-PSZ），但由于其峰值强度和韧性对析出体大小和热处理较为苛刻，于是人们将注意力转向镁稳定氧化锆（Mg-PSZ）。而后来开发的钇稳定氧化锆(Y-TZP)则有烧结温度低，烧结性能好，致密度高等特性，具有优良的常温力学性能，应用领域也较为广泛。尽管Y-TZP力学性能优秀，但其短板却在于其无法在高温或高湿的条件下使用,Y-TZP长时间处于100-400℃潮湿环境下会导致力学性能严重下降的现象。
论起在高温或高湿的应用条件，氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷（Mg-PSZ）始终占据上风。品质优良的Mg-PSZ陶瓷材料具有很好的防潮性能、抗热震能力、优良的断裂韧性和高温机械强度，可承受高至800℃甚至更高的使用温度。但是镁稳定氧化锆的研究和开发受到两个不利因素的制约：一是氧化镁在氧化锆的立方区固溶温度非常高，导致镁稳定的稳定氧化锆不容易完全烧结；二是氧化镁在氧化锆在高于1000℃时易产生晶相分离和大量四方相失稳，至使材料性能衰退，严重制约其在高温区的应用。因此，氧化镁来稳定氧化锆今后的研究重点是努力降低烧结温度，实现低温烧结；同时改善其高温力学性能，扩大应用范围。
以上单一稳定剂的部分稳定氧化锆都各自有其明显优势及明显劣势，在实际研磨生产中都有一定的局限性。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种氧化锆陶瓷粉体及其制备方法，耐压强度高且稳定、韧性好、耐高温潮湿环境使用。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种氧化锆陶瓷粉体，包括以下按照重量份数计的原材料：
1-5份的Y(NO3)3·6H2O和95-100份的ZrOCl2··8H2O。
2、根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷粉体，其特征在于，还包括0.5-4份的Mg（NO3)2·6H2O。
一种氧化锆陶瓷粉体的制备方法，包括以下步骤：
选取原材料Y(NO3)3·6H2O和ZrOCl2··8H2O，加入去离子水中，形成混合液；
采用共沉淀法对混合液进行沉淀处理，得到氧化锆（Y-TZP）粉体；
对氧化锆（Y-TZP）粉体进行成型、烧结、抛光处理，得到粒径为1.5mm的氧化锆研磨球。
一种氧化锆陶瓷粉体的制备方法，包括以下步骤：
取原材料Y(NO3)3·6H2O、ZrOCl2··8H2O和Mg（NO3)2·6H2O，加入去离子水中，形成混合液；
采用共沉淀法对混合液进行沉淀处理，得到氧化锆（Y-TZP）粉体；
对氧化锆（Y-TZP）粉体进行成型、烧结、抛光处理，得到粒径为1.5mm的氧化锆研磨球。
所述共沉淀法具体为：
在混合液中加入表面活性剂和氨水，充分反应；
然后进行抽虑、醇洗；
干燥、煅烧、研磨后得到氧化锆（Y-TZP）粉体。
所述烧结时的温度为1400-1600℃。
本发明的粉体具有更宽的固溶范围，有利于提高烧结性能，改善高温围观结构稳定性，还可减少四方相自然发生相变。耐压强度高且稳定、韧性好、耐高温潮湿环境使用。在现有工艺条件下，其烧结温度低、工艺简单，适宜批量生产。
附图说明
附图1为本发明中共沉淀法流程示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例一
一种氧化锆陶瓷粉体的制备方法，用3mol的六水合硝酸钇Y(NO3)3·6H2O、97mol的八水氧氯化锆ZrOCl2·8H2O加入去离子水中，采用共沉淀法制备钇稳定的氧化锆Y-TZP粉体。再经成型、烧结、抛光等工艺制成1.5mm的氧化锆研磨球。其中，烧结温度为1500-1530℃。
再检测氧化锆球的各项物理性能如下（磨耗测试条件：卧室试验砂磨机1L，连续测试7天，测试温度60℃）：
密度;6.06g/cm3
平均抗压破碎强度：700Mpa。
磨耗：80ppm。
实施例二
一种氧化锆陶瓷粉体的制备方法，用2mol的硝酸镁Mg（NO3)2·6H2O、3mol的Y(NO3)3·6H2O、95mol的ZrOCl2··8H2O加入去离子水中，采用共沉淀法制备Mg、Y共同稳定的氧化锆Y-Mg-PSZ粉体。再经成型、烧结、抛光等工艺制成1.5mm的氧化锆研磨球。再检测氧化锆球的各项物理性能如下（磨耗测试条件：卧室试验砂磨机1L，连续测试7天，测试温度60℃）：
最佳烧结温度：1490-1530℃。
密度;6.02g/cm3
平均抗压破碎强度：615Mpa。
磨耗：135ppm。
实施例三
一种氧化锆陶瓷粉体的制备方法，用1mol的Mg（NO3)2·6H2O、3mol的Y(NO3)3·6H2O、96mol的ZrOCl2··8H2O加入去离子水中，采用共沉淀法制备Mg、Y共同稳定的氧化锆粉体。再经成型、烧结、抛光等工艺制成1.5mm的氧化锆研磨球。再检测氧化锆球的各项物理性能如下（磨耗测试条件：卧室试验砂磨机1L，连续测试7天，测试温度60℃）：
最佳烧结温度：1460-1500℃。
密度;6.07g/cm3
平均抗压破碎强度：685Mpa。
磨耗：70ppm。
实施例四
一种氧化锆陶瓷粉体的制备方法，用0.5mol的Mg（NO3)2·6H2O、3mol的Y(NO3)3·6H2O、96.5mol的ZrOCl2··8H2O加入去离子水中，用上述共沉淀法制备Mg、Y共同稳定的氧化锆粉体。再经成型、烧结、抛光等工艺制成1.5mm的氧化锆研磨球。再检测氧化锆球的各项物理性能如下：
最佳烧结温度：1440-1500℃。
密度;6.09g/cm3
平均抗压破碎强度：760Mpa。
磨耗：56ppm。
此外，如附图1所示，共沉淀法具体为：在混合液中加入表面活性剂和氨水，充分反应，对于加入的表面活性剂和氨水，适量即可，并无特别限定；然后进行抽虑、醇洗；干燥、煅烧、研磨后得到氧化锆（Y-TZP）粉体。
由以上实施例可看出，本发明制备得到的氧化锆陶瓷粉体耐压强度高且稳定、韧性好、耐高温潮湿环境使用，便于批量生产。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种氧化锆陶瓷粉体，其特征在于，包括以下按照重量份数计的原材料：
1-5份的Y(NO3)3·6H2O和95-100份的ZrOCl2··8H2O。
2.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷粉体，其特征在于，还包括0.5-4份的Mg（NO3)2·6H2O。
3.一种根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷粉体的制备方法，包括以下步骤：
选取原材料Y(NO3)3·6H2O和ZrOCl2··8H2O，加入去离子水中，形成混合液；
采用共沉淀法对混合液进行沉淀处理，得到氧化锆（Y-TZP）粉体；
对氧化锆（Y-TZP）粉体进行成型、烧结、抛光处理，得到粒径为1.5mm的氧化锆研磨球。
4.一种根据权利要求2所述的氧化锆陶瓷粉体的制备方法，包括以下步骤：
取原材料Y(NO3)3·6H2O、ZrOCl2··8H2O和Mg（NO3)2·6H2O，加入去离子水中，形成混合液；
采用共沉淀法对混合液进行沉淀处理，得到氧化锆（Y-TZP）粉体；
对氧化锆（Y-TZP）粉体进行成型、烧结、抛光处理，得到粒径为1.5mm的氧化锆研磨球。
5.根据权利要求3或4所述的氧化锆陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，所述共沉淀法具体为：
在混合液中加入表面活性剂和氨水，充分反应；
然后进行抽虑、醇洗；
干燥、煅烧、研磨后得到氧化锆（Y-TZP）粉体。
6.根据权利要求5所述的氧化锆陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，所述烧结时的温度为1400-1600℃。
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