[發明專利]一種低溫活化燒結8YSZ基陶瓷及制備方法

無效

• 申請號: 201110022608.0
• 申請日: 2011-01-20
• 公開（公告）號: CN102167586A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 周宏明;郭雁軍;李薦;劉芙蓉;李艷芬;劉凡;郭欣
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/63
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明公開了一種低溫活化燒結陶瓷及制備方，特別是指一種添加不同含量的MnO₂作為燒結助劑的低溫活化燒結8YSZ基陶瓷及制備方法。屬于功能陶瓷材料制備技術領域。

背景技術

熱障涂層(TBCs)是目前最先進的高溫防護涂層之一，具有良好的高溫化學穩定性、抗沖刷性和隔熱性等特點，可使高溫燃氣和工作基體金屬部件之間產生很大的溫降(可達170℃或更高)，達到延長熱機零件壽命、提高熱機熱效率的目的，因而自上世紀70年代初問世以來，受到廣泛重視并得到迅速發展。

熱障涂層目前的制備方法主要有等離子噴涂與電子束物理氣相沉積兩種(EB-PVD)由于等離子噴涂工藝具有規程穩定、操作簡單；等離子射流速度大(200-600m/s)，涂層與基體具有較高的結合強度、噴涂過程中對基體的熱影響較小；幾乎適用于所有難熔材料的噴涂等優點，被廣泛應用于制備各種熱障、抗氧化、耐蝕涂層。用于制備熱障涂層的等離子噴涂技術主要是大氣等離子噴涂(APS)，但該工藝制備的涂層中雜質含量高，而且涂層致密度和結合強度低。電子束物理氣相沉積法其蒸發速率較高，幾乎可以蒸發所有物質，而且涂層與基體的結合力非常好；能精確控制膜厚和均勻性。電子束物理氣相沉積(EB-PVD)技術的設備系統操作復雜，工藝時間相對較長，因此生產效率較低，技術難度大。為了降低成本，目前開發出了一些新的涂層制備方法如電泳沉積-反應燒結方法、電泳沉積-微波燒結法，由于金屬并不吸收微波，因此在陶瓷進行高溫燒結時，基體的溫度仍在可承受范圍之內，因此可獲得結合良好的涂層的同時且對基體并無損害。

作者擬采用料漿噴涂-低溫燒結法制備陶瓷涂層，由于陶瓷表層的8YSZ熔點較高，燒結溫度達到1500℃左右，而作為基體的鎳合金顯然無法承受如此高溫，因此需降低8YSZ的燒結溫度。通常，降低陶瓷粉末燒結溫度的方法有兩種，常用的方法是減小粉料的顆粒尺寸，采用超細粉料作原料.但這種方法工藝復雜，成本高。另一種方法是通過加入合適的添加劑，這些添加劑在燒結過程中會產生液相，或形成置換固溶體，使晶格畸化從而活化晶格、形成空穴或遷移原子，以及使晶格產生變形，起到活化燒結作用，從而促進了致密化過程，使得材料在較低的溫度下能燒結致密。目前有關8YSZ低溫燒結的文獻專利很少，國內秦海霞等人使用CeO₂，Y₂O₃或CeO₂+Y₂O₃作為穩定劑，用MgO-Al₂O₃-SiO₂系統的玻璃作為燒結助劑的主要成分，在1220℃-1450℃下燒結即可獲得力學性能良好的致密燒結體。彭金輝等人采用等離子活化燒結的方法實現納米氧化鋯的低溫燒結，在1250℃～1300℃，總活化時間為60s的條件下，致密度均達到99％以上。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種組分配比合理、燒結工藝簡單，操作簡便，燒結溫度低，燒結產物致密度高、強度高的低溫活化燒結8YSZ基陶瓷及制備方法。

本發明一種低溫活化燒結8YSZ基陶瓷，按重量百分比，由下述組份組成：

8YSZ：95％～98％；

MnO₂：2％～5％。

本發明一種低溫活化燒結陶瓷中，所述8YSZ的平均粒徑為50nm～70nm；MnO₂為化學分析純。

本發明一種低溫活化燒結8YSZ基陶瓷的制備方法，包括下述步驟：

第一步：配料、球磨混料

按設計的陶瓷組份重量百分比分別稱取8YSZ、MnO₂的粉末，混合后，置于球磨罐中濕式球磨12～24h；球料比為(5～10)∶1，轉速為180～250rpm/min；球磨介質為無水乙醇；

第二步：干燥過篩

將第一步球磨后得到的料漿80～100℃下干燥10～24h，烘干后過100目篩，得到混合均勻的粉料；

第三步：壓制成型

在第二步所得粉料中添加占所述粉料1％～3％的聚乙烯醇作為粘結劑，混合均勻后在35～40Mpa下壓制成圓片；

第四步：脫膠

將第三步所得圓片以3～8℃的升溫速率升溫至300℃～400℃，保溫0.5～1.5h，脫膠；

第五步：燒結