CN111574223B - 强化氧化锆陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提出了强化氧化锆陶瓷及其制备方法。该制备强化氧化锆陶瓷的方法包括：提供非晶态复合金属氧化物纳米颗粒；将非晶态复合金属氧化物纳米颗粒与氧化锆粉末混合，以获得原料粉末；对原料粉末进行热压烧结，以获得陶瓷块体；对陶瓷块体进行热等静压，以获得强化氧化锆陶瓷。本申请所提出的制备方法，通过在原料粉末中添加非晶态的复合金属氧化物纳米颗粒，在烧结过程中可以形成尺寸更加细小的结晶，从而实现更好的弥散强化，并使结晶后复合金属氧化物与氧化锆基体之间形成更好的结合，进而使制备出的强化氧化锆陶瓷的强度更高。

Description

强化氧化锆陶瓷及其制备方法
技术领域
本申请涉及陶瓷材料技术领域，具体的，本申请涉及强化氧化锆陶瓷及其制备方法。
背景技术
目前，氧化锆陶瓷行业的陶瓷粉末中主要是添加氧化钇、氧化铝等单一金属氧化物进行稳定实现强化，也可以通过添加复合金属氧化物实现弥散强化机制。虽然，添加单一氧化物或复合氧化物进行强化后的陶瓷粉末在烧结后普遍使强度有所提升，但是，基本选择的是晶态的金属氧化物，所以对氧化锆陶瓷的强化效果有限。
发明内容
本申请实施例的一个目的在于提出一种的制备强化氧化锆陶瓷的方法、以及该制备方法获得的强化氧化锆陶瓷，如此，通过添加非晶态的七氧化二钇二钛等复合金属氧化物纳米颗粒，与晶态相比非晶态尺寸更加细小的结晶可以更好的实现弥散强化，从而使复合金属氧化物纳米颗粒结晶后与氧化锆基体形成结合更好的陶瓷块体，进而使强化氧化锆陶瓷的强度更高。
在本申请实施例的第一方面，提出了一种制备强化氧化锆陶瓷的方法。
根据本申请的实施例，所述方法包括：提供非晶态复合金属氧化物纳米颗粒；将所述非晶态复合金属氧化物纳米颗粒与氧化锆粉末混合，以获得原料粉末；对所述原料粉末进行热压烧结，以获得陶瓷块体；对所述陶瓷块体进行热等静压，以获得所述强化氧化锆陶瓷。
采用本申请实施例的制备方法，通过在原料粉末中添加非晶态的复合金属氧化物纳米颗粒，在烧结过程中可以形成尺寸更加细小的结晶，从而实现更好的弥散强化，并使结晶后复合金属氧化物与氧化锆基体之间形成更好的结合，进而使制备出的强化氧化锆陶瓷的强度更高。
在本申请的第二方面，提出了一种强化氧化锆陶瓷。
根据本申请的实施例，所述强化氧化锆陶瓷是通过上述的方法获得的。
本申请实施例的强化氧化锆陶瓷，其制备方法中添加了非晶态的复合金属氧化物纳米颗粒，从而使该强化氧化锆陶瓷的硬度更高。本领域技术人员能够理解的是，前面针对制备强化氧化锆陶瓷的方法所描述的特征和优点，仍适用于该强化氧化锆陶瓷，在此不再赘述。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一个实施例的制备强化氧化锆陶瓷的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本申请，而不应视为对本申请的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。
在本申请实施例的一个方面，提出了一种制备强化氧化锆陶瓷的方法。根据本申请的实施例，参考图1，制备方法包括：
S100：提供非晶态复合金属氧化物纳米颗粒。
在该步骤中，提供非晶态复合金属氧化物纳米颗粒，其中，复合金属包括了稀土金属。在本申请的一些实施例中，非晶态复合金属氧化物纳米颗粒可以包括七氧化二钇二钛(Y2Ti2O7)和七氧化二钇二锆(Y2Zr2O7)中的至少一种，具体例如Y2Ti2O7。如此，不同于氧化钇(Y2O3)和氧化铝(Al2O3)等晶态单一金属化合物，非晶态的Y2Ti2O7的纳米颗粒(NPs)更加脆在球磨之后颗粒尺寸可以达到5～20纳米的尺寸，如此细小的颗粒不仅有利于充分地与陶瓷粉体混合均匀，还可在烧结过程中于基体中发生结晶，并与基体形成更好的共格或半共格界面，同时，更细小的颗粒可以实现更好的弥散强化。
在本申请的一些实施例中，复合金属氧化物纳米颗粒可以是通过凝胶溶胶法(sol-gel)混合并低温烧结获得的，具体以Y2Ti2O7为例，首先将钇的前驱体(例如硝酸钇)和钛的前驱体(例如氧化钛)在溶剂(例如酒精)中通过sol-gel法进行混合制备出非晶态Y2Ti2O7NPs的前驱体，然后在马弗炉中在500～650℃下保温2～4h烧制出非晶态的Y2Ti2O7NPs。如此，通过低温煅烧即可制备出非晶态的复合金属氧化物纳米颗粒。并且，发明人还发现，在500～650℃的低温下煅烧出的是非晶态的Y2Ti2O7，在750℃以上的高温下煅烧出的是晶态的Y2Ti2O7。
S200：将非晶态复合金属氧化物纳米颗粒与氧化锆粉末混合，以获得原料粉末。
在该步骤中，将步骤S100的非晶态复合金属氧化物纳米颗粒与氧化锆粉末混合，以获得原料粉末。具体的，混合的方式可以选择机械合金化(MA)，且机械合金化的转速为180～360rpm、时间为36～64小时，如此，可以更均匀地将非晶态的Y2Ti2O7与ZrO2陶瓷粉末充分混合，并且，球磨过程中更脆的非晶态的Y2Ti2O7 NPs易被粉碎成细小的颗粒，从而使原料粉末中的非晶态复合金属氧化物纳米颗粒可以细小到5～20纳米。
在本申请的一些实施例中，基于原料粉末的总重量，非晶态复合金属氧化物纳米颗粒的添加量可以为0.6～2wt％，如此，仅需要在氧化锆陶瓷粉中添加2％以下的非晶态复合金属氧化物纳米颗粒，就可使强化陶瓷的强度明显增加200MPa以上。
S300：对原料粉末进行热压烧结，以获得陶瓷块体。
在该步骤中，对步骤S200混合好的原料粉末进行热压烧结，以获得陶瓷块体。
在本申请的一些实施例中，热压烧结的温度可以为1200～1450摄氏度，具体例如，将原料粉末放置在真空热压炉中进行热压烧结，在1000℃以内升温速率为20℃/min进行升温，以15MPa的压力预压15min后卸掉压力，当温度升至600℃时开始重新施加压力，且最高烧结温度为1200～1450℃，如此，可以形成初步的陶瓷块体。
S400：对陶瓷块体进行热等静压，以获得强化氧化锆陶瓷。
在该步骤中，对步骤S300的陶瓷块体继续进行热等静压，以获得强化氧化锆陶瓷。
在本申请的一些实施例中，热等静压(HIP)的温度可以为1100～1200摄氏度，且热等静压的压力可以为120～140MPa，具体对于Y2Ti2O7，热等静压过程在1160℃温度且压力设定为130MPa下3小时，如此，可以更好地获得高强度的强化氧化锆陶瓷。并且，与添加晶态的(750℃以上高温煅烧出)复合金属氧化物纳米颗粒相比，非晶态复合金属氧化物纳米颗粒可使最终制备出的强化氧化锆陶瓷的抗弯强度显著提升100～300MPa。
综上所述，根据本申请的实施例，提出了一种制备方法，通过在原料粉末中添加非晶态的复合金属氧化物纳米颗粒，在烧结过程中可以形成尺寸更加细小的结晶，从而实现更好的弥散强化，并使结晶后复合金属氧化物与氧化锆基体之间形成更好的结合，进而使制备出的强化氧化锆陶瓷的强度更高。
在本申请实施例的另一个方面，提出了一种强化氧化锆陶瓷。根据本申请的实施例，强化氧化锆陶瓷是通过上述的方法获得的。
在本申请的一些实施例中，非晶态复合金属氧化物增强的强化氧化锆陶瓷的抗弯强度，可以比晶态金属氧化物增强的氧化锆陶瓷的抗弯强度高100～300MPa，如此，在制备强化氧化锆陶瓷的过程中发明人特意选择了非晶态的Y2Ti2O7 NPs，从而使强化氧化锆陶瓷的抗弯强度提升200MPa以上。
综上所述，根据本申请的实施例，提出了一种强化氧化锆陶瓷，其制备方法中添加了非晶态的复合金属氧化物纳米颗粒，从而使该强化氧化锆陶瓷的硬度更高。本领域技术人员能够理解的是，前面针对制备强化氧化锆陶瓷的方法所描述的特征和优点，仍适用于该强化氧化锆陶瓷，在此不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种制备强化氧化锆陶瓷的方法，其特征在于，包括：
提供非晶态复合金属氧化物纳米颗粒；
将所述非晶态复合金属氧化物纳米颗粒与氧化锆粉末混合，以获得原料粉末；
对所述原料粉末进行热压烧结，以获得陶瓷块体；
对所述陶瓷块体进行热等静压，以获得所述强化氧化锆陶瓷；
所述非晶态复合金属氧化物纳米颗粒包括七氧化二钇二钛和七氧化二钇二锆中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述原料粉末的总重量，所述非晶态复合金属氧化物纳米颗粒的添加量为0.6～2wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供非晶态复合金属氧化物纳米颗粒的步骤包括：
将钇的前驱体和钛的前驱体在溶剂中通过凝胶溶胶法混合后，并煅烧出非晶态七氧化二钇二钛纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钇的前驱体包括硝酸钇，所述钛的前驱体包括氧化钛，所述煅烧的温度为500～650摄氏度且保温时间为2～4小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合的方式为机械合金化，且所述机械合金化的转速为180～360rpm、时间为36～64小时。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热压烧结的温度为1200～1450摄氏度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热等静压的温度为1100～1200摄氏度且压力为120～140MPa。
8.一种强化氧化锆陶瓷，其特征在于，所述强化氧化锆陶瓷是通过权利要求1～7中任一项所述的方法获得的。
9.根据权利要求8所述的强化氧化锆陶瓷，其特征在于，非晶态复合金属氧化物增强的所述强化氧化锆陶瓷的抗弯强度比晶态金属氧化物增强的氧化锆陶瓷的抗弯强度高100～300MPa。
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