CN111848156B - 一种陶瓷组合物、陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷组合物，其特征在于，以重量份计，所述陶瓷组合物包括：70‑99.9重量份的氧化锆、0.1‑10重量份的氧化铝、0.1‑10重量份的氧化锌、0.1‑10重量份的氧化硅、0.1‑1重量份的烧结助剂，所述烧结助剂的熔点为800‑1300℃。本发明陶瓷组合物含有熔点为800‑1300℃的烧结助剂，能促进烧结，形成液相填补孔隙，减少晶界及气孔，提高陶瓷的抗冲击性能，满足市场需求。

Description

一种陶瓷组合物、陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种陶瓷组合物、陶瓷及其制备方法。
背景技术
目前，市场上的手机后盖的材质一般为工程塑料、金属、玻璃等，这些材料虽能满足性能要求，但仍存在硬度低、易划伤、不耐热、易断裂等缺点。随着高价智能手机的流行，人们更加看重产品品质，追求美观精致、品质感好的手机后盖。氧化锆陶瓷是一种低屏蔽、高强度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀的新型高技术陶瓷材料，其强度高，硬度在8 .5左右，与蓝宝石硬度相近，且化学稳定性好。因此，将氧化锆陶瓷材料作为手机后盖的原料越来越受到消费者的追捧和喜爱。
但是氧化锆陶瓷存在易碎裂的缺陷，因此需要氧化锆陶瓷具有良好的抗冲击性能，以适应于市场需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种陶瓷组合物、陶瓷及其制备方法，该陶瓷抗冲击性能好，满足市场需求。
本发明的第一方面是提供一种陶瓷组合物，其特征在于，以重量份计，所述陶瓷组合物包括：70-99.9重量份的氧化锆、0.1-10重量份的氧化铝、0.1-10重量份的氧化锌、0.1-10重量份的氧化硅、0.1-1重量份的烧结助剂，所述烧结助剂的熔点为800-1300℃。
优选地，所述陶瓷组合物包括：85-97重量份的氧化锆、1-5重量份的氧化铝、1-5重量份的氧化锌、1-5重量份的氧化硅、0.1-1重量份的烧结助剂，所述烧结助剂的熔点为800-1300℃。
优选地，所述烧结助剂为硼酸锌、磷酸锌、硅酸钠、硅酸钾、铝酸锌中的一种或多种。
本发明的第二方面是提供一种陶瓷，包括前述陶瓷组合物。
本发明的第三方面是提供一种陶瓷的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1、将前述的陶瓷组合物与水、分散剂混合，得到混合浆料；
S2、将S1得到的混合浆料中与粘结剂混合，进行干燥处理，得到粉体；
S3、将S2得到的粉体进行成型、烧结处理，得到陶瓷。
优选地，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酸和聚乙二醇中的一种或多种；所述分散剂为0.1-5重量份。
优选地，所述粘结剂为聚乙烯醇、纤维素、聚丙烯酸中的一种或多种；所述粘结剂为2-6重量份。
优选地，所述S2中干燥处理采用喷雾干燥的方法，所述喷雾干燥的条件包括：进风温度为200-240℃，出风温度为100-120℃，离心转速为10-20rpm。
优选地，所述S3中成型步骤采用干压成型和/或等静压成型；所述干压成型的条件包括：干压压力为80-140MPa，成型时间为5-60s；所述等静压成型的条件包括：压力为180-280MPa，成型时间为60-1200s。
优选地，所述烧结处理的温度为1400-1490℃，时间为1-3h。
本发明提供的陶瓷组合物含有熔点为800-1300℃的烧结助剂，能促进烧结，形成液相填补孔隙，减少晶界及气孔，提高陶瓷的抗冲击性能和强度。其中，需要说明的是，陶瓷的制备通常会加入分散剂和/或粘结剂进行辅助，所述分散剂和/或所述粘结剂中有机成分的分解温度低，一般在600℃以下会分解。本发明采用熔点为800-1300℃的烧结助剂，能等所述有机成分分解产生的气体挥发后，再形成液相填补孔隙，进一步提高陶瓷的抗冲击性能，避免了有机成分分解产生的气体裹挟入陶瓷烧结体中引起陶瓷性能的下降。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种陶瓷组合物，其特征在于，以重量份计，所述陶瓷组合物包括：70-99.9重量份的氧化锆、0.1-10重量份的氧化铝、0.1-10重量份的氧化锌、0.1-10重量份的氧化硅、0.1-1重量份的烧结助剂，所述烧结助剂的熔点为800-1300℃。所述陶瓷组合物制备得到的陶瓷抗冲击性能好，满足市场需求。
优选地，85-97重量份的氧化锆、1-5重量份的氧化铝、1-5重量份的氧化锌、1-5重量份的氧化硅、0.1-1重量份的烧结助剂，所述烧结助剂的熔点为800-1300℃。
在本发明中，所述烧结助剂的熔点为800-1300℃，能促进烧结，形成液相填补孔隙，减少晶界及气孔，提高陶瓷的抗冲击性能。需要说明的是，陶瓷的制备通常会加入分散剂和/或粘结剂进行辅助，所述分散剂和/或所述粘结剂中有机成分的分解温度低，一般在600℃以下会分解。若所述烧结助剂的熔点过低，则陶瓷在烧结过程中，有机成分分解产生的气体还未完全挥发，烧结助剂就形成液相，容易将所述有机成分分解产生的气体裹挟入陶瓷烧结体中，引起陶瓷性能下降。若所述烧结助剂的熔点过高，则陶瓷在烧结过程中，难以形成液相。
在本发明中，所述烧结助剂的含量为0.1-1重量份，若烧结助剂的含量过大，会造成晶粒异常长大，降低陶瓷强度。优选地，所述烧结助剂为硼酸锌、磷酸锌、硅酸钠、硅酸钾、铝酸锌中的一种或多种。
在本发明中，所述陶瓷组合物含有0.1-10重量份氧化铝，能提高陶瓷的硬度；若氧化铝含量过大，会造成陶瓷硬度过大，不易加工。
在本发明中，所述陶瓷组合物含有0.1-10重量份氧化锌，能调整陶瓷的色调；若氧化锌含量过大，会导致陶瓷颜色变化大，不满足实际需求。
在本发明中，所述陶瓷组合物含有0.1-10重量份氧化硅，能提高陶瓷的韧性；若氧化硅含量过大，会导致陶瓷存在缺陷，引起外观不良。
在本发明中，上述含量的烧结助剂与其他氧化物组合，相互作用，能提高陶瓷的抗冲击性能。
本发明同时提供了一种陶瓷，包括前述陶瓷组合物。该陶瓷抗冲击性能好，强度高。
本发明还提供了一种陶瓷的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1、将前述的陶瓷组合物与水、分散剂混合，得到混合浆料；
S2、将S1得到的混合浆料中与粘结剂混合，进行干燥处理，得到粉体；
S3、将S2得到的粉体进行成型、烧结处理，得到陶瓷。
在本发明上述制备方法的S1中，对于各种原料的混合方法并没有特殊要求，参照本领域常规混料方法即可。在本发明中优选地，所述S1形成混合浆料的步骤包括：S11、将前述的陶瓷组合物与水混合，形成预混体；S12、将所述预混体与分散剂混合研磨，优选为球磨和/或砂磨，形成所述混合浆料；
进一步优选地，将所述预混体与分散剂球磨0.5-10h，然后再砂磨1-10h，形成所述混合浆料。通过这样的方式进行混料，得到的浆料中各原料分散的更为均匀，进而有利于获得抗冲击性能更好，且强度高的陶瓷。
在本发明上述制备方法中，对于S12中球磨过程中并没有特殊要求，只要能够实现原料的充分混合即可，优选地，在球磨过程中，使用具有氧化锆陶瓷内衬的球磨罐，以及氧化锆研磨球。
在本发明上述制备方法中，对于S11中得到的预混体，优选地，所述预混体的固含量为30-60%，利于研磨获得原料均匀的混合浆料。
在本发明上述制备方法S1中，对于分散剂的类型和用量均没有特殊要求，可以参照本领域的常规方法进行选择原料及选择用量，例如可以选择的分散剂包括但不限于十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酸和聚乙二醇中的一种或多种，分散剂的用量为0.1-5重量份。
在本发明上述制备方法的S2中，对于干燥的工艺条件并没有特殊要求，参照本领域常规工艺方法即可。在本发明中优选采用喷雾干燥方法，且所述喷雾干燥的条件包括：进风温度为200-240℃，出风温度为100-120℃，离心转速为10-20rpm。
在本发明上述制备方法的S2中，对于粘结剂的类型和用量均没有特殊要求，可以参照本领域的常规方法进行选择原料及选择用量，例如可以选择的粘结剂包括但不限于聚乙烯醇、纤维素、聚丙烯酸中的一种或多种；所述粘结剂的用量为2-6重量份。
在本发明上述制备方法的S3中，对于成型的工艺并没有特殊要求，可以采用干压成型、等静压成型、注射成型、热压铸成型等传统成型方式。在本发明优选干压成型和/或等静压成型，促使得到的陶瓷均匀性、密度和强度更高。进一步优选地，将所述粉体进行干压成型，所述干压成型的条件包括：干压压力为80-140MPa，成型时间为5-60s；将所述粉体干压成型后，进行等静压成型，所述等静压成型的条件包括：在压力为180-280MPa下成型60-1200s，得到预制件。
在本发明上述制备方法的S3中，对于烧结的工艺并没有特殊要求，烧结采用普通的马弗炉空气常压烧结即可。优选地，所述烧结的步骤包括，将成型所得的预制件在1400-1490℃下烧结1-3h。若烧结温度过低，会导致陶瓷结晶不完整；若烧结温度过高，会导致部分陶瓷颗粒异常长大，降低陶瓷性能。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于下述实施例。
实施例1
如表1所示，本实施例的原料及含量：氧化锆，用量78重量份；氧化铝，用量7重量份；氧化锌，用量1重量份；氧化硅，用量1重量份；铝酸锌（熔点为1200℃），用量0.7重量份；十六烷基三甲基溴化铵，用量0.5重量份；聚乙烯醇，用量3重量份。
本实施例的制备方法
（1）将氧化锆、氧化铝、氧化锌、氧化硅、铝酸锌和水混合，配制成固含量为40%的预混体；
（2）将十六烷基三甲基溴化铵加入到浆料中，球磨2h；然后再砂磨2h，得到混合浆料；
（3）向混合浆料中加入聚乙烯醇，然后送入喷雾塔在进风温度为220℃，出风温度为120℃，离心转速为15rpm条件下进行喷雾干燥形成粉体；
（4）将粉体在120MPa条件下干压成型20s；再在压力为250MPa下等静压成型600s，形成预制件；然后将预制件在1470℃下保温烧结2h，最后自然冷却至室温，得到陶瓷S1。
实施例2
本实施例的原料及含量：氧化锆，用量83重量份；氧化铝，用量2重量份；氧化锌，用量4重量份；氧化硅，用量1重量份；硼酸锌（熔点为980℃），用量0.3重量份；十六烷基三甲基溴化铵，用量1重量份；聚乙烯醇，用量4重量份。
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是，步骤S1中，配制成固含量为50%的浆料。同样得到陶瓷S2。
实施例3
本实施例的原料及含量：氧化锆，用量97重量份；氧化铝，用量1重量份；氧化锌，用量1重量份；氧化硅，用量1重量份；硼酸锌（熔点为980℃），用量0.1重量份；十六烷基三甲基溴化铵，用量2重量份；聚乙烯醇，用量5重量份。
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同的是，步骤S1中，配制成固含量为60%的浆料。同样得到陶瓷S3。
实施例4
本实施例的原料及含量：氧化锆，用量88重量份；氧化铝，用量3重量份；氧化锌，用量1重量份；氧化硅，用量2重量份；硼酸锌（熔点为980℃），用量0.1重量份；十六烷基三甲基溴化铵，用量0.5重量份；聚乙烯醇，用量3重量份。
本实施例的制备方法与实施例2相同，得到陶瓷S4。
实施例5
本实施例的原料及含量：氧化锆，用量90重量份；氧化铝，用量3重量份；氧化锌，用量2重量份；氧化硅，用量1重量份；硼酸锌（熔点为980℃），用量0.1重量份；十六烷基三甲基溴化铵，用量1重量份；聚乙烯醇，用量5重量份。
本实施例的制备方法与实施例2相同，得到陶瓷S5。
实施例6
本实施例的原料及含量：氧化锆，用量95重量份；氧化铝，用量1重量份；氧化锌，用量1重量份；氧化硅，用量1重量份；硼酸锌（熔点为980℃），用量0.1重量份；十六烷基三甲基溴化铵，用量0.5重量份；聚乙烯醇，用量3重量份。
本实施例的制备方法与实施例2相同，得到陶瓷S6。
对比例1
本对比例1与实施例2的不同之处在于，没有烧结助剂硼酸锌。
对比例2
本对比例1与实施例2的不同之处在于，烧结助剂为0.3重量份的氧化硼（熔点为450℃）。
对比例3
本对比例1与实施例2的不同之处在于，没有氧化铝和氧化锌。
表1
氧化锆 氧化铝 氧化锌 氧化硅 铝酸锌 硼酸锌 氧化硼 十六烷基三甲基溴化铵 聚乙烯醇
实施例1 78 7 1 1 0.7 0.5 3
实施例2 83 2 4 1 0.3 1 4
实施例3 97 1 1 1 0.1 2 5
实施例4 88 3 1 2 0.1 0.5 3
实施例5 90 3 2 1 0.1 1 5
实施例6 95 1 1 1 0.1 0.5 3
对比例1 83 2 4 1 1 4
对比例2 83 2 4 1 0.3 1 4
对比例3 83 1 0.3 1 4
性能测试
平均落锤高度：将样品制作成45*45*1.8mm的测试片，之后用60g钢球冲击产品表面，记录试片碎裂高度。
表2
平均落锤高度（cm）
实施例1 53
实施例2 56
实施例3 72
实施例4 60
实施例5 65
实施例6 75
对比例1 40
对比例2 50
对比例3 45
由表2的实施例结果可以看出，本发明提供的陶瓷抗冲击性能好，满足市场需求。由实施例2与对比例1-3的对比结果可知，本发明的烧结助剂与与陶瓷其他组分相互配合，能提高陶瓷的抗冲击性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种陶瓷组合物，其特征在于，以重量份计，所述陶瓷组合物包括：70-99.9重量份的氧化锆、0.1-10重量份的氧化铝、0.1-10重量份的氧化锌、0.1-10重量份的氧化硅、0.1-1重量份的烧结助剂，所述烧结助剂的熔点为800-1300℃；
所述烧结助剂为硼酸锌、磷酸锌、硅酸钠、硅酸钾、铝酸锌中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的陶瓷组合物，其特征在于，所述陶瓷组合物包括：85-97重量份的氧化锆、1-5重量份的氧化铝、1-5重量份的氧化锌、1-5重量份的氧化硅、0.1-1重量份的烧结助剂，所述烧结助剂的熔点为800-1300℃。
3.一种陶瓷，其特征在于，所述陶瓷包括如权利要求1-2任意一项所述的陶瓷组合物。
4.一种陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、将权利要求1-3任意一项所述的陶瓷组合物与水、分散剂混合，得到混合浆料；
S2、将S1得到的混合浆料中与粘结剂混合，进行干燥处理，得到粉体；
S3、将S2得到的粉体进行成型、烧结处理，得到陶瓷。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酸和聚乙二醇中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇、纤维素、聚丙烯酸中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S2中干燥处理采用喷雾干燥的方法，所述喷雾干燥的条件包括：进风温度为200-240℃，出风温度为100-120℃，离心转速为10-20rpm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S3中成型步骤采用干压成型和/或等静压成型；
所述干压成型的条件包括：干压压力为80-140MPa，成型时间为5-60s；
所述等静压成型的条件包括：压力为180-280MPa，成型时间为60-1200s。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为1400-1490℃，时间为1-3h。
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