CN109437890A - 一种氧化锆陶瓷烧结助剂及其制法与应用 - Google Patents

一种氧化锆陶瓷烧结助剂及其制法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化锆陶瓷烧结助剂，由如下重量百分数的组分形成：38‑42％氧化锰、45‑50％氧化钛、4‑8％氧化钇、2‑5％氧化硼；本发明还公开了氧化锆陶瓷烧结助剂的制法及应用，将浆料进行搅拌混合、球磨、压力喷雾造粒、烧结，之后随炉冷却，得到氧化锆陶瓷烧结助剂。将该氧化锆陶瓷烧结助剂以不同比例添加进氧化锆与氧化钇坯体中制成氧化锆陶瓷工件，烧结助剂则可以与氧化锆陶瓷基料均匀混合，充分接触，有效降低了氧化锆陶瓷的烧结温度，避免了氧化锆晶粒长大，提高了氧化锆陶瓷的硬度。

Description

一种氧化锆陶瓷烧结助剂及其制法与应用
技术领域
本发明涉及无机粉体技术领域，特别涉及一种氧化锆陶瓷烧结助剂及其制法与应用。
背景技术
目前，现有公知的烧结氧化锆结构陶瓷工件，采用的原料都是由1～10微米(μm)氧化锆(ZrO2)和氧化钇(Y2O3)两种粉体组成，其中氧化锆含量为质量百分比94％～97％、氧化钇含量为质量百分比6％～3％，对此组成的氧化锆烧结陶瓷的烧结温度通常在1500℃以上，氧化锆陶瓷烧结温度高，从而造成能耗高，时间也久，很容易导致氧化锆陶瓷晶粒的长大，氧化锆晶粒长大使得陶瓷硬度较低等性能缺陷，影响陶瓷工件的性能。
由鉴于此，确有必要开发可以有效降低烧结温度、防止氧化锆陶瓷晶粒长大的氧化锆陶瓷烧结助剂来解决现有技术难题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种氧化锆陶瓷烧结助剂及其制法与应用，采用四种氧化物进行混合配比形成的烧结助剂，可以与氧化锆陶瓷基料均匀混合，充分接触，有效降低了氧化锆陶瓷的烧结温度，避免了氧化锆晶粒长大，提高了氧化锆陶瓷的硬度。
本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：
一种氧化锆陶瓷烧结助剂，由如下重量百分数的组分形成：38-42％氧化锰、45-50％氧化钛、5-8％氧化钇、2-5％氧化硼。
一种氧化锆陶瓷烧结助剂，由如下重量百分数的组分形成：42％氧化锰、50％氧化钛、5％氧化钇、3％氧化硼。
一种氧化锆陶瓷烧结助剂，由如下重量百分数的组分形成：40％氧化锰、50％氧化钛、8％氧化钇、2％氧化硼。
优选地，该氧化锆陶瓷烧结助剂中的氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼的纯度在99％以上。
优选地，该氧化锆陶瓷烧结助剂中的氧化锰的粒径2～5μm；氧化钛的粒径2～5μm；所述的氧化钇的粒径2～5μm；所述的氧化硼的粒径2～5μm。
一种氧化锆陶瓷烧结助剂的制法，包括以下步骤：
S1：将氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼粉体加水配成浆料；
S2：将浆料进行搅拌混合后，采用行星式球磨机进行球磨，取出浆料筛出磨球，在浆料中添加造粒剂后，进行压力喷雾造粒，形成混合氧化物颗粒；
S3：将混合氧化物颗粒放入高温硅钼棒电阻烧结炉中进行烧结，之后随炉冷却，得到氧化锆陶瓷烧结助剂。
优选地，所述的步骤S2中球磨时间为10-14小时，球磨球料比为1:1；所述造粒剂为聚乙烯醇水溶体；所述混合氧化物颗粒的粒径为80～100微米。
优选地，所述的步骤S3中烧结的升温速率为10℃/min，在600℃时保温1-1.5小时进行排胶，在1000℃保温2-2.5小时。
优选地，所得氧化锆陶瓷烧结助剂的粒径为70-90微米。
一种氧化锆陶瓷烧结助剂的应用，将氧化锆陶瓷烧结助剂添加质量百分比为0.5％～2％到氧化锆与氧化钇基础陶瓷粉体中，进行烧结，氧化锆陶瓷的烧结温度降至1250℃～1350℃。
与现有技术相比，本发明的氧化锆陶瓷烧结助剂，采用四种氧化物进行混合配比形成的烧结助剂，充分考虑到直接添加低熔点氧化物，很难与氧化锆+氧化钇基体混合均匀，而采用本申请的烧结助剂则可以与氧化锆陶瓷基料均匀混合，充分接触，有效降低了氧化锆陶瓷的烧结温度，避免了氧化锆晶粒长大，提高了氧化锆陶瓷的硬度。
本发明的氧化锆陶瓷烧结助剂的制法利用四种低熔点的氧化物粉体配方进行粉体混合球磨造粒得到该氧化锆陶瓷烧结助剂，采用加入微量氧化锰、氧化硼等低熔点氧化物到基础氧化锆坯体中，将该氧化锆陶瓷烧结助剂以不同比例添加进氧化锆+氧化钇坯体中制成氧化锆陶瓷工件，与氧化锆坯体共烧结的方法来降低氧化锆陶瓷的烧结温度，在坯体烧结时可以将氧化物陶瓷烧成温度降低150～250℃，也就是相比于现有的烧结温度，可以将氧化锆陶瓷的烧结温度降至1250℃～1350℃，从而降低能耗，防止了氧化锆陶瓷晶粒的长大，有效地用于降低氧化锆陶瓷的烧结温度。
上述是发明技术方案的概述，以下结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本实施例的氧化锆陶瓷烧结助剂的烧结温度与时间的关系曲线示意图。
具体实施方式：
为了使本发明的目的和技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例作详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供的一种氧化锆陶瓷烧结助剂，由如下重量百分数的组分形成：42％氧化锰、50％氧化钛、5％氧化钇、3％氧化硼。
优选纯度在99％以上的氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼粉末颗粒，氧化锆陶瓷烧结助剂中氧化锰的粒径2～5μm，氧化钛的粒径2～5μm，氧化钇的粒径2～5μm，氧化硼的粒径2～5μm。
该氧化锆陶瓷烧结助剂的制备方法为：将氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼粉体加水配成浆料，浆料中含水的重量百分比为50％；将浆料进行搅拌混合后，采用行星式球磨机进行球磨，球磨时间为14小时，球磨球料比为1:1；取出浆料筛出磨球，在浆料中添加造粒剂后，造粒剂为聚乙烯醇水溶体，造粒剂添加量为浆料的重量百分数为15％，得到混合氧化物颗粒的粒径为80～100微米；进行压力喷雾造粒，形成混合氧化物颗粒；将混合氧化物颗粒放入高温硅钼棒电阻烧结炉中进行烧结，烧结的升温速率为10℃/min，在600℃时保温1小时进行排胶，在1000℃保温2小时；之后随炉冷却，得到氧化锆陶瓷烧结助剂，氧化锆陶瓷烧结助剂的粒径为70-90微米。将氧化锆陶瓷烧结助剂添加质量百分比为0.5％到氧化锆与氧化钇基础陶瓷粉体中，进行烧结，氧化锆陶瓷的烧结温度降至1250℃。
实施例2
本实施例提供的一种氧化锆陶瓷烧结助剂，与实施例1不同的是，由如下重量百分数的组分形成：40％氧化锰、50％氧化钛、8％氧化钇、2％氧化硼。该氧化锆陶瓷烧结助剂的制备方法为：将氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼粉体加水配成浆料，浆料中含水的重量百分比为40％；将浆料进行搅拌混合后，采用行星式球磨机进行球磨，球磨时间为10小时，球磨球料比为1:1；取出浆料筛出磨球，在浆料中添加造粒剂后，造粒剂为聚乙烯醇水溶体，造粒剂添加量为浆料的重量百分数为10％，得到混合氧化物颗粒的粒径为80～100微米；进行压力喷雾造粒，形成混合氧化物颗粒；将混合氧化物颗粒放入高温硅钼棒电阻烧结炉中进行烧结，烧结的升温速率为10℃/min，在600℃时保温1.5小时进行排胶，在1000℃保温2.5小时；之后随炉冷却，得到氧化锆陶瓷烧结助剂，氧化锆陶瓷烧结助剂的粒径为70-90微米。将氧化锆陶瓷烧结助剂添加质量百分比为2％到氧化锆与氧化钇基础陶瓷粉体中，进行烧结，氧化锆陶瓷的烧结温度降至1300℃。
实施例3
本实施例提供的一种氧化锆陶瓷烧结助剂，与实施例不同的是，由如下重量百分数的组分形成：40％氧化锰、50％氧化钛、8％氧化钇、2％氧化硼。该氧化锆陶瓷烧结助剂的制备方法为：将氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼粉体加水配成浆料，浆料中含水的重量百分比为50％；将浆料进行搅拌混合后，采用行星式球磨机进行球磨，球磨时间为14小时，球磨球料比为1:1；取出浆料筛出磨球，在浆料中添加造粒剂后，造粒剂为聚乙烯醇水溶体，造粒剂添加量为浆料的重量百分数为20％，得到混合氧化物颗粒的粒径为80～100微米；进行压力喷雾造粒，形成混合氧化物颗粒；将混合氧化物颗粒放入高温硅钼棒电阻烧结炉中进行烧结，烧结的升温速率为10℃/min，在600℃时保温1小时进行排胶，在1000℃保温2小时；之后随炉冷却，得到氧化锆陶瓷烧结助剂，氧化锆陶瓷烧结助剂的粒径为70-90微米。将氧化锆陶瓷烧结助剂添加质量百分比为1.5％到氧化锆与氧化钇基础陶瓷粉体中，进行烧结，氧化锆陶瓷的烧结温度降至1350℃。
实施例4
本实施例提供的一种氧化锆陶瓷烧结助剂，与实施例不同的是，由如下重量百分数的组分形成：38％氧化锰、49％氧化钛、8％氧化钇、5％氧化硼。该氧化锆陶瓷烧结助剂的制备方法为：将氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼粉体加水配成浆料，浆料中含水的重量百分比为60％；将浆料进行搅拌混合后，采用行星式球磨机进行球磨，球磨时间为14小时，球磨球料比为1:1；取出浆料筛出磨球，在浆料中添加造粒剂后，造粒剂为聚乙烯醇水溶体，造粒剂添加量为浆料的重量百分数为18％，得到混合氧化物颗粒的粒径为80～100微米；进行压力喷雾造粒，形成混合氧化物颗粒；将混合氧化物颗粒放入高温硅钼棒电阻烧结炉中进行烧结，烧结的升温速率为10℃/min，在600℃时保温1小时进行排胶，在1000℃保温2小时；之后随炉冷却，得到氧化锆陶瓷烧结助剂，氧化锆陶瓷烧结助剂的粒径为70-90微米。将氧化锆陶瓷烧结助剂添加质量百分比为1.5％到氧化锆与氧化钇基础陶瓷粉体中，进行烧结，氧化锆陶瓷的烧结温度降至1350℃。
实施例5
本实施例提供的一种氧化锆陶瓷烧结助剂，与实施例不同的是，由如下重量百分数的组分形成：42％氧化锰、45％氧化钛、8％氧化钇、5％氧化硼。该氧化锆陶瓷烧结助剂的制备方法为：将氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼粉体加水配成浆料，浆料中含水的重量百分比为65％；将浆料进行搅拌混合后，采用行星式球磨机进行球磨，球磨时间为12小时，球磨球料比为1:1；取出浆料筛出磨球，在浆料中添加造粒剂后，造粒剂为聚乙烯醇水溶体，造粒剂添加量为浆料的重量百分数为26％，得到混合氧化物颗粒的粒径为80～100微米；进行压力喷雾造粒，形成混合氧化物颗粒；将混合氧化物颗粒放入高温硅钼棒电阻烧结炉中进行烧结，烧结的升温速率为10℃/min，在600℃时保温1小时进行排胶，在1000℃保温2小时；之后随炉冷却，得到氧化锆陶瓷烧结助剂，氧化锆陶瓷烧结助剂的粒径为70-90微米。将氧化锆陶瓷烧结助剂添加质量百分比为1.8％到氧化锆与氧化钇基础陶瓷粉体中，进行烧结，氧化锆陶瓷的烧结温度降至1250℃。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氧化锆陶瓷烧结助剂，其特征在于，由如下重量百分数的组分形成：38-42％氧化锰、45-50％氧化钛、5-8％氧化钇、2-5％氧化硼。
2.一种氧化锆陶瓷烧结助剂，其特征在于，由如下重量百分数的组分形成：42％氧化锰、50％氧化钛、5％氧化钇、3％氧化硼。
3.一种氧化锆陶瓷烧结助剂，其特征在于，由如下重量百分数的组分形成：40％氧化锰、50％氧化钛、8％氧化钇、2％氧化硼。
4.如权利要求1-3任一所述的氧化锆陶瓷烧结助剂，其特征在于，所述的氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼的纯度在99％以上。
5.如权利要求1-3任一所述的氧化锆陶瓷烧结助剂，其特征在于，所述的氧化锰的粒径2～5μm；所述的氧化钛的粒径2～5μm；所述的氧化钇的粒径2～5μm；所述的氧化硼的粒径2～5μm。
6.一种氧化锆陶瓷烧结助剂的制法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将氧化锰、氧化钛、氧化钇、氧化硼粉体加水配成浆料，各组分的重量百分比为38-42％氧化锰、45-50％氧化钛、5-8％氧化钇、2-5％氧化硼；
S2：将浆料进行搅拌混合后，采用行星式球磨机进行球磨，取出浆料筛出磨球，在浆料中添加造粒剂后，进行压力喷雾造粒，形成混合氧化物颗粒；
S3：将混合氧化物颗粒放入高温硅钼棒电阻烧结炉中进行烧结，之后随炉冷却，得到氧化锆陶瓷烧结助剂。
7.如权利要求6所述的氧化锆陶瓷烧结助剂的制法，其特征在于，所述的步骤S2中球磨时间为10-14小时，球磨球料比为1:1；所述造粒剂为聚乙烯醇水溶体；所述混合氧化物颗粒的粒径为80～100微米。
8.如权利要求6所述的氧化锆陶瓷烧结助剂的制法，其特征在于，所述的步骤S3中烧结的升温速率为10℃/min，在600℃时保温1-1.5小时进行排胶，在1000℃保温2-2.5小时。
9.如权利要求6所述的氧化锆陶瓷烧结助剂的制法，其特征在于，所得氧化锆陶瓷烧结助剂的粒径为70-90微米。
10.一种氧化锆陶瓷烧结助剂的应用，其特征在于，将氧化锆陶瓷烧结助剂添加质量百分比为0.5％～2％到氧化锆与氧化钇基础陶瓷粉体中，进行烧结，氧化锆陶瓷的烧结温度降至1250℃～1350℃。
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