CN1510011A - 一种氧化锆工程陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种氧化锆工程陶瓷，它以氧化锆四方相为主晶相，采用三氧化二钇、氧化钙、氧化镁、氧化铈等金属氧化物为复合稳定剂，通过采用热压铸成方法，成型经过电隧道窑进行无压烧结的方式生产成一种部分稳定氧化锆工程陶瓷，该氧化锆工程陶瓷具有密度大，硬度较大，抗弯强度和断裂韧性高等特点，能极大地扩展陶瓷材料的应用领域。作为工程材料可广泛地应用航天、通讯、机械基础器件、化工等诸多行业。

Description

一种氧化锆工程陶瓷及其制备方法

本发明属于一种陶瓷新材质及其制备方法。

陶瓷材料虽然有许多优良的特性，如高温力学性能、抗化学腐蚀性能、电绝缘性能、较高的硬度和耐磨性等。但由于其结构决定了陶瓷材料缺乏象金属那样在受力状态下发生滑移引起塑性变形的能力，容易产生缺陷，易于导致应力集中而产生裂纹。因而决定了一般陶瓷材料脆性的本质。为了克服陶瓷材料的脆性，现在人们研究最多的是增韧氧化锆陶瓷，在不同温度下，Zro₂以三种同质异晶体存在，即立方晶系，四方晶系，单斜晶系，且相邻两晶系间在一定温度下能够可逆转化，在转相过程中存在一定的体积变化。因此，目前在生产氧化锆陶瓷时，在其配料中加入适量的金属氧化物作为稳定剂，利用Zro₂材料在转相过程中的体积变化产生微裂纹增韧、相变增韧的增韧机理可以生产出以四晶型为主晶相的氧化锆陶瓷。由此可以看出，生产较高质量的氧化锆陶瓷除了加入合适的稳定剂外，还必须严格控制粉体转相临界粒度和烧成时的陶瓷晶粒尺寸，而粉体越细，克服粉体软、硬团聚则越困难，粉体比表面越大，成型越困难，因此现在生产氧化锆陶瓷普遍采用亚微米、纳米粉用等静压或双向加压法成型及热压烧结的方式来实现，这样就只能生产一些形状较为简单的制品，产品成本较高、工效低，对于形状较复杂的产品，则生产比较困难。

本发明的目的是研制一种以四方晶型为主晶相，具有较高断裂韧性，较低烧成温度的部分稳定氧化锆工程陶瓷(简称TZP陶瓷)。

本发明的技术内容是解决陶瓷的配料配方和成型问题，充分利用氧化锆材料的特点和优良特性来生产部分稳定化氧化锆陶瓷。第一、氧化锆陶瓷中亚稳态四方相向单斜相的马氏体转变是目前实现陶瓷增韧的一项重要手段。因此，含四方相的部份稳定氧化锆陶瓷是相变增韧效果最显著的材料。第二、氧化锆陶瓷的增韧机理为：应力诱导相变增韧、相变诱发微裂纹增韧、残余应力增韧。几种增韧机理并不相互排斥，但在不同条件下，可以是一种或几种机理起主要作用。第三、氧化锆四方相转变为单斜相的过程中，伴随着体积和形状变化而吸收晶间转相能量，降低了产生裂纹尖端的应力集中，阻止或延迟了裂纹的扩展，从而提高了陶瓷的韧性。

本发明的目的是这样实现的：将氧化锆粉体与金属氧化物稳定剂混合，通过特殊的制料工艺，加入一定量的石蜡等粘合剂，用热压铸的方式成型，然后再经过排蜡和无压烧结而成。

部份稳定四方晶系氧化锆工程陶瓷配料配方重量百分组成是：

氧化锆粉：  86-92％    三氧化二钇：  3-8.5％

氧化钙：    2-4％      氧化镁：      2-5％

氧化铈：0.5-3％

本发明的制备步骤如下：

1.按上述配方称取氧化锆、三氧化二钇、氧化钙、氧化镁、氧化铈粉体混合，用化学共沉淀方法制料，球磨。

2.将球磨后的粉料烘干，加入一定量的石蜡(含适量蜂蜡)和外加剂混合后制成蜡饼。

3.将蜡饼熔化、搅拌，真空处理浆料，采用热压铸方式成型。

4.排蜡、清灰、检验。

5.电隧道窑中进行无压烧成。

6.检验、冷加工。

7.检验、包装、入库。

与现有技术相比，本发明有下列特点：

1.部分稳定四方相多晶体氧化锆工程陶瓷，烧成温度低，性能优良，工艺控制较为容易。

2.采用湿法成型，能生产各种形状复杂的制品，工效高、设备投资少、成本较低、推广应用领域广。

实施例：部分四方晶系氧化锆工程陶瓷配料配方重量百分组成是：

氧化锆粉：    91％    三氧化二钇：    3％

氧化钙：      2％     氧化镁：        2％

氧化铈：      2％

制备步骤如下：

1.按上述配方的组成称取氧化锆、三氧化二钇、氧化钙、氧化镁、氧化铈粉体进行化学共沉淀工艺制料、球磨混合。

2.将球磨后的粉料烘干，加入8％的石蜡和一定量外加剂，混合后制成蜡饼。

3.将蜡饼熔化、搅拌、真空处理浆料，采用热压铸方式成型。

4.排蜡、清灰、检验。

5.送入电隧道窑中进行无压烧成。

6.冷却后，检验，部分产品进行冷加工。

7.检验、包装、入库。

氧化锆粉料的颗粒级配方为：

粒级：D₅₀＜0.3微米    比表面为20-30m²/g

含量：D₅₀＜0.3微米    粉体大于90-85％

烧成最温度1500℃，保温时间180分钟。

Claims (2)

1、一种氧化锆工程陶瓷，它以氧化锆四方相为主晶相，其特征在于：该部分稳定四方晶系氧化锆工程陶瓷组成成份及配比为：

原料                             配比(wt％)

氧化锆粉：                       86-92％

三氧化二钇：                     3-8.5％

氧化钙：                         2-4％

氧化镁：                         2-5％

氧化铈：                         0.5-3％

2.根据权利要求1所述的部分稳定化氧化锆工程陶瓷制备方法，其特征是有下列制备步骤：

a.按上述配料组成称取氧化锆、三氧化二钇、氧化钙、氧化镁、氧化铈粉体混合，用化学共沉淀方法制料、球磨。

b.将球磨后的粉料烘干，加入一定量的石蜡和外加剂混合后制成蜡饼。

c.将蜡饼熔化、搅拌，真空处理浆料，采用热压铸方式成型。

d.排蜡、清灰、检验。

e.送入电隧道窑中进行无压烧成。

f.检验、冷加工。

g.检验、包装、入库。