CN1321089C - 一种氧化锆基复相陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种氧化锆基复相陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化锆基复相陶瓷及其制备方法，属于氧化锆基结构陶瓷领域。所述的复相陶瓷由50～65vol%含2-3mol%Y2O3的Y-TZP与35-50vol%的α-Al2O3，及烧结助剂MgO和SiO2组成，按Y-TZP与Al2O3总质量计，MgO：0.6-1.0wt%；SiO2：0.6-2.5wt%。制备方法过程：按组分质量比将含Y2O3的亚微米氧化锆粉或微米氧化锆粉与工业α-Al2O3粉，0.6-1.0wt%MgO粉、0.6-2.5wt%SiO2混合，按浆料固含量55-70wt%加水，并加入1-2wt%聚丙烯酸铵分散剂，经球磨混合，再经喷雾造粒，制得的粉体在150-200MPa等静压成型，再于1450-1480℃烧结制得氧化锆基复相陶瓷。本发明的优点在于，制备方法过程简单，陶瓷中Al2O3含量的增加，降低了原料成本，部件用料成本可下降30-40%，坯体烧成收缩减少，产品的合格率和性价比高。

Description

一种氧化锆基复相陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化锆基复相陶瓷及其制备方法，属于氧化锆基结构陶瓷领域。
技术背景
为改善Y-TZP陶瓷存在的低温性能退化问题，并进一步提高其力学性能，人们进行了在Y-TZP中添加Al2O3的研究。但以往的研究中，Al2O3的添加量多为少于15vol％，作为主要原料的Y-TZP超细粉价贵，且制作大尺寸部件工艺性能差，成品率低。也有加入较多Al2O3的研究，但需采用热等静压烧结，设备昂贵。也有在纳米Y-TZP粉末中加入10-40vol％亚微米级Al2O3，在1550℃和常压烧结2h，获得的10-30vol％Al2O3的Al2O3/Y-TZP复相陶瓷材料，该复相陶瓷比纯Y-TZP具有更好的力学性能。但所用原料价贵、烧成温度高。因此制备成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化锆基复相陶瓷及其制备方法，所提供的氧化锆基复相陶瓷力性、耐磨性好，制备成本低。
本发明是通过下述技术方案加以实现的。一种氧化锆基复相陶瓷，其特征在于，该复相陶瓷由50～65vol％含2-3mol％Y2O3的Y-TZP与35-50vol％的α-Al2O3组成，及烧结助剂MgO和SiO2，按Y-TZP与Al2O3总质量计，MgO：0.6-1.0wt％；SiO2：0.6-2.5wt％。
上述的氧化锆基复相陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下过程：将含2-3mol％Y2O3的50～65vol％亚微米氧化锆粉或微米氧化锆粉与35-50vol％的工业α-Al2O3粉，及按Y-TZP与Al2O3总质量计的0.6-1.0wt％MgO粉、0.6-2.5wt％SiO2粉，按Y-TZP、Al2O3、MgO和SiO2的总和浆料固含量的55-70wt％加水，并按Y-TZP、Al2O3、MgO和SiO2的总和浆料固含量的1-2wt％加入聚丙烯酸铵作为分散剂，经球磨混合15-24小时，再经进口温度400℃，出口温度110℃喷雾造粒，制得的粉体在150-200 MPa等静压成型，再于1450-1480℃烧结2～3小时制得氧化锆基复相陶瓷。
本发明的优点在于，制备方法过程简单，Al2O3/Y-TZP陶瓷中Al2O3含量的增加，不仅降低了原料成本，又使陶瓷材料的比重下降，综合起来部件用料成本下降达30-40％，同时坯体烧成收缩减少，利于提高产品合格率，，从而提高了产品性价比。
具体实施方式
实施例1：
按配方Y-TZP65vol％，Al2O335vol％，外加MgO 1.0wt％，SiO2 0.72wt％。称量亚微米氧化锆粉28公斤(0.5μm，含3mol％Y2O3)，微米氧化锆粉(1.2μm)7公斤，工业α-Al2O3粉(＜2μm＝12.4公斤，MgO474克，莫来石粉(SiO2含量24wt％)1.42公斤，加水30公斤，聚丙烯酸铵660克，经球磨混合20小时、喷雾造粒、150 MPa等静压成型，1450℃、2小时烧成，制得35vol％Al2O3/Y-TZP复相陶瓷材料。烧成线收缩17％，材料抗弯强度640-700MPa，断裂韧性11-13MPam0.5。与Y-TZP及15vol％Al2O3/Y-TZP复相陶瓷相比，相同摩擦磨损条件下的磨损率降低48％及35％，部件用料成本降低37％及30％。
实施例2：
按配方Y-TZP 55vol％，Al2O345vol％，外加MgO 0.82wt％，SiO2 1.24wt％。称量氧化锆超细粉35公斤(0.5μm，含3mol％Y2O3)，工业α-Al2O3粉(＜2μm＝18.75公斤，MgO 440克，莫来石粉(SiO2含量24wt％)2.78公斤，加水37.5公斤，聚丙烯酸铵690克，经球磨混合15小时、喷雾造粒、195MPa等静压成型，1460℃、2小时烧成，制得45vol％AI2O3/Y-TZP复相陶瓷材料。烧成线收缩16.4％，材料抗弯强度627MPa，断裂韧性9.9MPam0.5。与Y-TZP及15vol％Al2O3/Y-TZP复相陶瓷相比，相同摩擦磨损条件下的磨损率还有所下降(降低32％及16％)，部件用料成本降低42％及33％。

Claims (2)

1.一种氧化锆基复相陶瓷，其特征在于，该复相陶瓷由50～65vol％含2-3mol％Y2O3的Y-TZP与35-50vol％的α-Al2O3，及烧结助剂MgO和SiO2组成，按Y-TZP与Al2O3总质量计，MgO：0.6-1.0wt％；SiO2：0.6-2.5wt％。
2.一种按权利要求1所述的氧化锆基复相陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下过程：将含2-3mol％Y2O3的50～65vol％亚微米氧化锆粉或微米氧化锆粉与35-50vol％的工业α-Al2O3粉，及按Y-TZP与Al2O3总质量计的0.6-1.0wt％MgO粉、0.6-2.5wt％SiO2粉，按Y-TZP、Al2O3、MgO和SiO2的总和浆料固含量的55-70wt％加水，并按Y-TZP、Al2O3、MgO和SiO2的总和浆料固含量的1-2wt％加入聚丙烯酸铵作为分散剂，经球磨混合15-24小时，再经进口温度400℃，出口温度110℃喷雾造粒，制得的粉体在150-200MPa等静压成型，再于1450-1480℃烧结2～3小时制得氧化锆基复相陶瓷。
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