[發(fā)明專利]一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810142213.2
• 申請日: 2008-08-02
• 公開（公告）號: CN101638317A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭冉;向其軍;劉一峰
• 申請（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/81;C04B35/622
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陶瓷材料及其制備方法，特別是一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料其制備方法。

背景技術(shù)

全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷屬于立方相螢石型結(jié)構(gòu)，略偏離于理想結(jié)構(gòu)。由于螢石結(jié)構(gòu)中的氧八面體空隙存在，這種松弛結(jié)構(gòu)有利于陽離子的擴散和遷移，有很強的固體電解質(zhì)導(dǎo)電能力，特別是固溶摻入穩(wěn)定劑后，形成大量的氧空位，形成了良好的氧離子導(dǎo)電性。

目前，摻雜氧化釔的全穩(wěn)定氧化鋯測氧傳感器已在許多工作分析過程中作為氧定量分析的基本手段，使用溫度在室溫到900℃之間。工作條件的特殊性要求該材料有一定的抗熱震性能。(陶瓷的抗熱震性是指材料對溫度的迅速變化進行抵抗而不破壞的能力。)一般而言，全穩(wěn)定氧化鋯的強度一般在200MPa左右，多次使用后，由于本身熱膨脹系數(shù)大、熱導(dǎo)率低，受到熱沖擊，其強度下降很快，只有之前強度的10％左右，內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋或宏觀開裂，產(chǎn)品失效。一般車用氧傳感器一年更換一次，工業(yè)用測定鋼水的氧傳感器甚至使用一次就失效。

目前也有報道指出，向全穩(wěn)定氧化鋯中添加表面涂覆氧化鋁的SiC晶須，來增加全穩(wěn)定氧化鋯的抗熱震性能，但是效果并不是很明顯。上述全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料的急冷前后強度下降比例高，抗熱震性能差。同時表面涂覆氧化鋁的SiC晶須的成本也相對較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的全穩(wěn)定氧化鋯實際使用過程中抗熱震性能差，易失效的缺點，提供了一種高抗熱震的全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料。

一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其包括基體、以及分布在整個基體中的晶須；所述基體為以氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯，所述晶須為α-氧化鋁晶須。

本發(fā)明還公開了一種上述氧化鋯陶瓷材料的制備方法，該方法包括：

(1)配料：將基體、α-氧化鋁晶須和粘結(jié)劑，按比例機械混合。

(2)成型：在成型機械中，將混合后的配料制成胚體。

(3)燒結(jié)：將胚體在燒結(jié)爐中在1300-1800℃的下燒結(jié)1-3小時。

本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，α-氧化鋁晶須與氧化鋯陶瓷基體的結(jié)合能大幅度改善全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料的抗熱震性能。其次氧化鋁晶須的制備方法相對多樣且較易控制，成本相對較低。

具體實施方式

一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其包括基體、以及分布在整個基體中的晶須；所述基體為以氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯，所述晶須為α-氧化鋁晶須。

其中以基體的摩爾總量為基準(zhǔn)，所述氧化釔的摻雜摩爾百分含量為4-12mol％。

其中α-氧化鋁晶須的晶須平均長度為1-50μm，優(yōu)選晶須平均長度為3-20μm。其中以全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料總重量為基準(zhǔn)，α-氧化鋁晶須的重量百分含量為5-25wt％，優(yōu)選為8-17wt％。

上述氧化鋯陶瓷材料，還可能含有其他成分，其中主要為燒結(jié)助劑。燒結(jié)助劑一般為MgO、SiO₂、CaO和Al₂O₃中的一種或多種；以全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料總重量為基準(zhǔn)，燒結(jié)助劑的重量百分含量為0-3wt％。

優(yōu)選地，燒結(jié)助劑為MgO、SiO₂和Al₂O₃的混合。其中MgO、SiO₂和Al₂O₃比例含量為，以燒結(jié)助劑總重量為基準(zhǔn)，MgO為20-60wt％、SiO₂為20-60wt％、Al₂O₃為20-60wt％。

以全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料總重量為基準(zhǔn)，燒結(jié)助劑的重量百分含量為1wt％。

一種上述氧化鋯陶瓷材料的制備方法，該方法包括：

(1)配料：將基體、α-氧化鋁晶須和粘結(jié)劑，按比例機械混合。

(2)成型：在成型機械中，將混合后的配料制成胚體。

(3)燒結(jié)：將胚體在燒結(jié)爐中在1300-1800℃的下燒結(jié)1-3小時。

其中所述基體為以氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯，其中氧化釔摻雜摩爾比例為4-12mol％。優(yōu)選情況下采用5-8mol％氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯粉末，優(yōu)選地，基體的粉體粒徑在1μm以下。

其中α-氧化鋁晶須的晶須平均長度為1-50μm，優(yōu)選為3-20μm。以原料總重量為基準(zhǔn)，α-氧化鋁晶須加入量為5-25wt％，優(yōu)選為8-17wt％。

所述配料中還包括燒結(jié)助劑。