[發明專利]一種鈰穩定氧化鋯結構陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200810027958.4
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101269958A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 陳仲叢;黃超華;陳潮鈿;張中平;許映波;許小軍;張世平
• 申請（專利權）人: 廣東東方鋯業科技股份有限公司
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 汕頭市潮睿專利事務有限公司
• 代理人: 俞詩永

技術領域

本發明涉及陶瓷材料，具體地說，涉及一種鈰穩定氧化鋯結構陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

氧化鋯陶瓷具有優異的物理、化學、敏感和功能特性，既可作為耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、高強度的結構陶瓷材料，也可用于制造電子陶瓷和敏感陶瓷產品，可廣泛應用于電子、通訊、機械、冶金、航空、航天、石油、化工、紡織甚至日常生活等各個領域。

氧化鋯結構陶瓷具有較高的斷裂韌性、抗彎強度、硬度以及漂亮的外觀，是目前應用最為廣泛且最具發展潛力的一種結構陶瓷材料，可用于制造磨介、攪拌棒、內襯、軸承、主軸、量塊、墊塊、光纖接插件、餐具、刀具、文具飾品、人工關節、模具等制品。

由于晶型轉變引起的體積效應會使氧化鋯結構陶瓷材料破裂，用純氧化鋯很難制造出性能優良的氧化鋯結構陶瓷材料，因此必須對氧化鋯結構陶瓷材料進行穩定化處理，使其在常溫下仍保持四方晶相的形態。穩定化可通過添加穩定劑來實現，目前最常用的穩定劑為氧化釔(Y₂O₃)，但釔穩定氧化鋯結構陶瓷材料在使用適應性方面存在缺陷，例如，在高溫高濕度環境下其力學性能嚴重退化，因此其使用環境溫度受到限制(一般在150℃以下)，這就制約了氧化鋯結構陶瓷材料的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種鈰穩定氧化鋯結構陶瓷材料以及這種鈰穩定氧化鋯結構陶瓷材料的制備方法，這種鈰穩定氧化鋯結構陶瓷材料在使用過程中具有更好的穩定性，能夠適應高溫高濕度環境。采用的技術方案如下：

一方面，本發明提供一種鈰穩定氧化鋯結構陶瓷材料，這種鈰穩定氧化鋯結構陶瓷材料的組成為：氧化鋯(ZrO₂)75～85mol％，氧化鈰(CeO₂)8～15mol％，氧化鋁(Al₂O₃)5～10mol％，二氧化鈦(TiO₂)1～3mol％。

氧化鈰的加入除了穩定四方晶相外，還能防止材料在高溫高濕度條件下的強度退化現象；氧化鋁的加入能提高材料的強度、硬度和耐磨性等力學性能；二氧化鈦能降低材料的燒結溫度，縮短燒結時間。

另一方面，本發明提供上述鈰穩定氧化鋯結構陶瓷材料的制備方法，依次包括下述步驟：

(1)配料溶解分散

按一定的配比將鋯鹽、鈰鹽、鋁鹽、以及鈦鹽或二氧化鈦一次性加入到純水中，邊加熱邊攪拌，至鋯鹽、鈰鹽、鋁鹽、以及鈦鹽或二氧化鈦完全溶解分散，獲得混合溶液；按所要制備的鈰穩定氧化鋯結構陶瓷材料中各組分總摩爾數為100mol計算，上述各種原材料的配比為：含有75～85mol鋯離子的鋯鹽，含有8～15mol鈰離子的鈰鹽，含有10～20mol鋁離子的鋁鹽，含有1～3mol鈦離子的鈦鹽或二氧化鈦；

優選上述加熱溫度為60～70℃；

上述鋯鹽可以是硝酸鋯、硫酸鋯、碳酸鋯或氯氧化鋯；鈰鹽可以是硝酸鈰、硫酸鈰、氯化鈰或碳酸鈰；鋁鹽可以是硝酸鋁、硫酸鋁或氯化鋁；鈦鹽可以是硝酸鈦、硫酸鈦、氯化鈦；

鋯鹽、鈰鹽、鋁鹽、以及鈦鹽或二氧化鈦完全溶解或分散后，溶液呈透明澄清狀態；溶解分散是整套工藝技術的核心部分，是一個將各種原材料溶解或分散并最終成為均勻的混合溶液的過程；

(2)中和共沉淀

在反應釜中同時注入步驟(1)獲得的混合溶液及氨水，反應時保持PH值為8～10，將混合溶液中的金屬陽離子(包括鋯離子、鈰離子、鋁離子和鈦離子)轉化為氫氧化物沉淀，沉淀物經洗滌并經壓濾去水，得到濾餅；

優選所用氨水的濃度為5～15％；

中和共沉淀的目的是通過氨水的作用，使上述混合溶液中的金屬陽離子的轉化為均勻的氫氧化物沉淀。當采用鈦鹽作為含鈦離子的原材料時，濾餅是氫氧化鋯、氫氧化鈰、氫氧化鋁和氫氧化鈦的混合物；當采用二氧化鈦作為含鈦離子的原材料時，二氧化鈦直接均勻分布在濾餅中，濾餅是氫氧化鋯、氫氧化鈰、氫氧化鋁和二氧化鈦的混合物；

(3)烘干

將步驟(2)所得濾餅在300～400℃的溫度下進行烘干，得到烘干料；

烘干處理可在推板窯或箱式窯中進行；

優選濾餅的失重率為45～55％，即烘干料的重量為濾餅重量的45～55％；

烘干的目的是去除上述濾餅中大部分的物理水，提高下一步的煅燒工序的效率；

(4)煅燒

將步驟(3)得到的烘干料在800～1000℃的溫度下進行煅燒，得到煅燒產出料；

優選煅燒時間為15～25小時；

煅燒產出料通常為不定形的顆粒；煅燒產出料是氧化鋯、氧化鈰、氧化鋁和二氧化鈦的混合物；