CN116514543A - 一种氧化锆复合陶瓷 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧化锆复合陶瓷，所述复合陶瓷由5~30wt%三硼化五铬、5~15wt%Ce‑TZP和余量的Y‑TZP组成，三硼化五铬的热膨胀系数大约为13.7×10‑6/℃，四方相氧化锆陶瓷的热膨胀系数大约为10.5×10‑6/℃，两者形成的复合陶瓷在烧结冷却过程中，三硼化五铬晶体受到拉应力，四方相氧化锆陶瓷受到压应力，能很好地抑制四方相氧化锆陶瓷在水热环境中的时效相变，同时，三硼化五铬的硬度高，所形成的复合陶瓷的表面硬度优于单纯的四方相氧化锆陶瓷，具有良好的表面硬度和断裂韧性，显著扩大了氧化锆陶瓷的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及氧化锆陶瓷领域，具体涉及一种氧化锆复合陶瓷。
背景技术
氧化锆陶瓷有三种晶相：单斜相、四方相和立方相。当四方相转变为单斜相时，不仅伴随着能量的消耗，而且伴随着3-5%的体积膨胀。体积膨胀会导致压应力的产生。这种能量消耗和形成压应力的协同作用，有效地阻碍了裂纹的扩展，从而显著提高了氧化锆陶瓷的断裂韧性，使得四方相氧化锆陶瓷获得了“陶瓷钢”的美誉。
纯的氧化锆在1170℃以下时以单斜相存在，在1170～2370℃时以四方相形式存在，高于2370℃时以立方相形式存在。所以，人们为了在室温获得四方相氧化锆陶瓷，往往在氧化锆陶瓷中添加稳定剂，使得四方相能够保持到室温。常见的稳定剂有Y2O3、CeO2、MgO等。其中，Y2O3稳定的四方相氧化锆陶瓷，由于具有极高的断裂强度和断裂韧性，而得到了最广泛的应用。
随着科技的发展，人们进一步发现，现有的Y-TZP四方相氧化锆陶瓷在100～400℃的水热环境下，会自发地转变成单斜相。这种自发相变不仅会导致氧化锆陶瓷中出现亚微米裂纹，而且由于相变伴随的3-5%的体积变化，会导致氧化锆陶瓷的表面粗糙度发生改变。这一现象限制了3Y-TZP四方相氧化锆陶瓷的进一步应用。
为了解决这一问题，以德国CeramTec公司为代表的研究人员研制了氧化铝-氧化锆陶瓷，其中氧化锆作为次要成分，含量大约15wt%，既利用其相变增韧的优点，又利用主要成分——氧化铝基质的钉扎作用，防止氧化锆在水热环境中的自发相变。这种思路取得了一定的效果，但是实际使用经验表明，氧化锆的自发相变仍然存在。另外，氧化锆陶瓷和氧化铝陶瓷相比，表面硬度相对偏低，这也进一步阻碍了氧化锆陶瓷在工业和医疗行业中的应用。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的在于提供一种氧化锆复合陶瓷，由5~30wt%三硼化五铬、5~15wt%Ce-TZP和余量的Y-TZP组成，本发明的氧化锆复合陶瓷不仅具有优异的抗水热时效性能，而且具有良好的表面硬度和断裂韧性，显著扩大了氧化锆陶瓷的应用范围。
技术方案：一种氧化锆复合陶瓷，所述复合陶瓷由5~30wt%三硼化五铬、5~15wt%Ce-TZP和余量的Y-TZP组成。
优选的，所述复合陶瓷由5~20wt%三硼化五铬、5~15wt%Ce-TZP和余量的Y-TZP组成。
优选的，所述复合陶瓷由10~15wt%三硼化五铬、10~15wt%Ce-TZP和余量的Y-TZP组成。
优选的，所述复合陶瓷由12~15wt%三硼化五铬、12~15wt%Ce-TZP和余量的Y-TZP组成。
优选的，所述三硼化五铬的晶粒尺寸为1.5~3.5µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为1.0~5.0µm，Y-TZP的晶粒尺寸为0.4~0.8µm。
优选的，所述三硼化五铬的晶粒尺寸为2.5~3.5µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为1.0~3.0µm，Y-TZP的晶粒尺寸为0.5~0.7µm。
有益效果：本发明具有以下优点：
1、本发明的氧化锆复合陶瓷由三硼化五铬、Ce-TZP和Y-TZP组成，三硼化五铬的热膨胀系数大约为13.7×10-6/℃，四方相氧化锆陶瓷的热膨胀系数大约为10.5×10-6/℃，两者形成的复合陶瓷在烧结冷却过程中，三硼化五铬晶体受到拉应力，四方相氧化锆陶瓷受到压应力，能很好地抑制四方相氧化锆陶瓷在水热环境中的时效相变，同时，三硼化五铬的硬度高，所形成的复合陶瓷的表面硬度优于单纯的四方相氧化锆陶瓷。
2、本发明的氧化锆复合陶瓷由三硼化五铬、Ce-TZP和Y-TZP组成，Y-TZP和Ce-TZP的加入，弥补了由于加入Cr5B3所导致的断裂韧性下降，本发明的氧化锆复合陶瓷不仅具有优异的抗水热时效性能，而且具有良好的表面硬度和断裂韧性，显著扩大了氧化锆陶瓷的应用范围。
在自然界中，铪（Hf）和锆元素是以固溶体的形式存在，难以分离，所以在本申请中，“氧化锆（ZrO2）”中含有≤5wt%氧化铪。
在本申请中，“Y-TZP”是指含有2-4mol%Y2O3的四方相氧化锆陶瓷，“Ce-TZP”是指含有10-12mol%CeO2的四方相氧化锆陶瓷。
在本申请中，“水热处理”是指在高压釜中在134℃的温度、0.2MPa的压力下暴露于水蒸气中。
在本申请中，“vol%”是指体积百分比，“wt%”是指质量百分比，“mol%”是指摩尔百分比。
在本申请中，采用X射线衍射分析（简称为“XRD”，Cukα，30KV，15mA）来确定晶相含量。所以，得到的晶相含量是指XRD分析中X射线所穿透的表层中的晶相含量。
在本申请中，室温是指-20℃～40℃。
在本申请中，氧化锆陶瓷的密度采用GB/T 25995规定的排水法测量。
在本申请中，陶瓷的硬度采用维氏硬度计测量，载荷为5Kg。
在本申请中，陶瓷的断裂韧性采用单边开口梁（SENB）方法测量，样条尺寸为3mm×4mm×24mm，跨距为16mm，切口深度为2mm，切口宽度为0.2mm。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例是对本发明的解释而本发明不局限于以下实施例：
实施例1 制备氧化锆复合陶瓷1
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体、市售的含有12mol%氧化铈的、一次粒度为85nm的Ce-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照90：5：5的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.4%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相氧化锆含量和四方相氧化锆含量分别是2.1vol%和97.9vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆复合陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.65µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为2.5µm，Cr5B3的晶粒尺寸为2.4µm。
经分析，该陶瓷的硬度为10.9Gpa，断裂韧性为8.1Mpa.m1/2。该氧化锆复合陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相含量和四方相氧化锆含量分别是40.5vol%和59.5vol%。
实施例2 制备氧化锆复合陶瓷2
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体、市售的含有12mol%氧化铈的、一次粒度为85nm的Ce-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照80：15：5的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.3%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为1.9vol%和98.1vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆复合陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.63µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为2.4µm，Cr5B3的晶粒尺寸为2.5µm。
经分析，该陶瓷的硬度为10.9Gpa，断裂韧性为8.6Mpa.m1/2。该氧化锆复合陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为38.0vol%和62.0vol%。
实施例3 制备氧化锆复合陶瓷3
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体、市售的含有12mol%氧化铈的、一次粒度为85nm的Ce-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照80：5：15的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.4%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为1.0vol%和99.0vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆复合陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.65µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为2.5µm，Cr5B3的晶粒尺寸为2.5µm。
经分析，该陶瓷的硬度为11.7Gpa，断裂韧性为7.7Mpa.m1/2。该氧化锆复合陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为8.0vol%和92.0vol%。
实施例4 制备氧化锆复合陶瓷4
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体、市售的含有12mol%氧化铈的、一次粒度为85nm的Ce-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照80：10：10的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h，以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.3%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为1.0vol%和99.0vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆复合陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.63µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为2.5µm，Cr5B3的晶粒尺寸为2.5µm。
经分析，该陶瓷的硬度为11.2Gpa，断裂韧性为8.2Mpa.m1/2。该氧化锆复合陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为10.2vol%和89.8vol%。
实施例5 制备氧化锆复合陶瓷5
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体、市售的含有12mol%氧化铈的、一次粒度为85nm的Ce-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照70：10：20的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.1%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为0.6vol%和99.4vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆复合陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.63µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为2.4µm，Cr5B3的晶粒尺寸为2.4µm。
经分析，该复合陶瓷的硬度为12.3Gpa，断裂韧性为7.6Mpa.m1/2。该氧化锆复合陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为4.5vol%和95.5vol%。
实施例6 制备氧化锆复合陶瓷6
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体、市售的含有12mol%氧化铈的、一次粒度为85nm的Ce-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照70：15：15的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.2%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为0.8vol%和99.2vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.64µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为2.3µm，Cr3B5的晶粒尺寸为2.5µm。经分析，该复合陶瓷的硬度为11.7Gpa，断裂韧性为8.2Mpa.m1/2。该氧化锆复合陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为7.0vol%和93.0vol%。
对比例1 制备氧化锆陶瓷1
取市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体，经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1500℃并保温2h，以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的99.5%的氧化锆陶瓷。
经X射线衍射分析，该氧化锆陶瓷中单斜相和四方相氧化锆含量分别为3.0vol%和97.0vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆陶瓷中氧化锆的晶粒度为0.65µm。经分析，该陶瓷的硬度为10.5Gpa，断裂韧性为8.2Mpa.m1/2。该氧化锆陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析，该氧化锆陶瓷中单斜相和四方相氧化锆含量分别为60.2vol%和39.8vol%。
对比例2 制备氧化锆陶瓷2
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体和市售的含有12mol%氧化铈的、一次粒度为85nm的Ce-TZP粉体，按照95:5的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1500℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的99.3%的氧化锆陶瓷。
经X射线衍射分析，该氧化锆陶瓷中单斜相和四方相氧化锆含量分别为2.8vol%和97.2vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.65µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为2.5µm。经分析，该陶瓷的硬度为10.5Gpa，断裂韧性为8.4Mpa.m1/2。该氧化锆陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析，该氧化锆陶瓷中单斜相和四方相氧化锆含量分别为57.0vol%和43.0vol%。
对比例3 制备氧化锆复合陶瓷7
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr3B5粉体，按照95:5的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为62µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h，以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.3%的氧化锆复合陶瓷。
经X射线衍射分析该复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中，氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为2.2vol%和97.8vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.70µm，Cr3B5的晶粒尺寸为2.8µm。经分析，该复合陶瓷的硬度为10.9Gpa，断裂韧性为8.0Mpa.m1/2。该氧化锆陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中，氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为45.3vol%和54.7vol%。
对比例4 制备氧化锆复合陶瓷8
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照90:10的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.5%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中，氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为1.2vol%和98.8vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.70µm，Cr5B3的晶粒尺寸为2.7µm。经分析，该复合陶瓷的硬度为11.2Gpa，断裂韧性为7.7Mpa.m1/2。该氧化锆陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中，氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为15.4vol%和84.6vol%。
对比例5 制备氧化锆陶瓷3
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体和市售的含有12mol%氧化铈的、一次粒度为85nm的Ce-TZP粉体，按照90:10的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1500℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的99.1%的氧化锆陶瓷。
经X射线衍射分析，该氧化锆陶瓷中单斜相和四方相氧化锆含量分别为2.7vol%和97.3vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.65µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为2.5µm。经分析，该陶瓷的硬度为10.5Gpa，断裂韧性为8.6Mpa.m1/2。该氧化锆陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析，该氧化锆陶瓷中单斜相和四方相氧化锆含量分别为54.5vol%和45.5vol%。
对比例6 制备氧化锆复合陶瓷9
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照85:15的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.2%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别是1.0vol%和99.0vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆复合陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.70µm，Cr5B3的晶粒尺寸为2.7µm。经分析，该复合陶瓷的硬度为11.7Gpa，断裂韧性为7.5Mpa.m1/2。该氧化锆复合陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别是9.0vol%和91.0vol%。
对比例7 制备氧化锆复合陶瓷10
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照80:20的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.5%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为0.8vol%和99.2vol%。在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.71µm，Cr5B3的晶粒尺寸为2.7µm。经分析，该复合陶瓷的硬度为12.3Gpa，断裂韧性为7.2Mpa.m1/2。该氧化锆陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为5.0vol%和95.0vol%。
对比例8 制备氧化锆复合陶瓷11
将市售的含有3mol%氧化钇的、一次粒度为90nm的Y-TZP粉体和市售的一次粒度为57nm的Cr5B3粉体，按照70:30的重量比加入到无水乙醇中，在球磨机上混合均匀，然后倒在白瓷盘上，在烘箱中于100℃烘干。将烘干后的混合粉体经过喷雾造粒，获得平均粒径为60µm的造粒粉体500g，经200MPa 压力下等静压成型，然后在空气气氛的高温炉中以2℃/min的速率升温至1550℃并保温2h。以3℃/min的速率冷却到600℃并炉冷到室温后，得到密度为理论密度的98.4%的氧化锆复合陶瓷。
X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为0vol%和100vol%。
在SEM（扫描电子显微镜）下分析，该氧化锆复合陶瓷中Y-TZP的晶粒尺寸为0.70µm，Cr5B3的晶粒尺寸为2.7µm。经分析，该复合陶瓷的硬度为13.2Gpa，断裂韧性为6.6Mpa.m1 /2。该氧化锆复合陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20h后，经X射线衍射分析该氧化锆复合陶瓷的晶相组成，发现由氧化锆晶相和Cr5B3晶相组成，其中氧化锆晶相中单斜相和四方相氧化锆含量分别为3.0vol%和97.0vol%。
表1 实施例1-6和对比例1-8制备的陶瓷性能分析表
将对比例1、3、4、6、7和8进行比较可以发现，当Y-TZP和Cr5B3形成复合陶瓷时，随着Cr5B3含量的增加，复合陶瓷中氧化锆陶瓷抗水热时效相变能力增强，在时效处理20h后生成的单斜相含量少，同时表面硬度提高，但是断裂韧性下降明显。
从实施例3、4、5和6的测试结果来看，在Y-TZP、Ce-TZP和Cr5B3形成的复合陶瓷中，随着Ce-TZP的加入，复合陶瓷的断裂韧性得以恢复，同时保持了Cr5B3晶相所带来的优异的抗水热时效相变能力和高硬度，所以复合陶瓷同时具备了优异的抗水热时效相变能力（也即，水热时效处理20h后，很少的四方相转变成单斜相）、高硬度和高的断裂韧性，是本发明优选的实施方案。
如上所述，本发明的氧化锆复合陶瓷具有优异的综合性能，所以具有广泛的应用范围，包括但不限于工业领域（比如柱塞等）和医疗领域（比如人工关节等）。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种氧化锆复合陶瓷，其特征在于：所述复合陶瓷由5~30wt%三硼化五铬、5~15wt%Ce-TZP和余量的Y-TZP组成。
2.根据权利要求1所述的一种氧化锆复合陶瓷，其特征在于：所述复合陶瓷由5~20wt%三硼化五铬、5~15wt%Ce-TZP和余量的Y-TZP组成。
3.根据权利要求2所述的一种氧化锆复合陶瓷，其特征在于：所述复合陶瓷由10~15wt%三硼化五铬、10~15wt%Ce-TZP和余量的Y-TZP组成。
4.根据权利要求3所述的一种氧化锆复合陶瓷，其特征在于：所述复合陶瓷由12~15wt%三硼化五铬、12~15wt%Ce-TZP和余量的Y-TZP组成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种氧化锆复合陶瓷，其特征在于：所述三硼化五铬的晶粒尺寸为1.5~3.5µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为1.0~5.0µm，Y-TZP的晶粒尺寸为0.4~0.8µm。
6.根据权利要求5所述的一种氧化锆复合陶瓷，其特征在于：所述三硼化五铬的晶粒尺寸为2.5~3.5µm，Ce-TZP的晶粒尺寸为1.0~3.0µm，Y-TZP的晶粒尺寸为0.5~0.7µm。
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