[發明專利]一種氧化鋯復合陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201410481731.2
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104261822A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 周宏明;姜桂;賈洋;夏慶路
• 申請（專利權）人: 中南大學;株洲市創銳高強陶瓷有限公司
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種氧化鋯復合陶瓷及其制備方法，特別是指一種高強韌、高硬度氧化鋯復合陶瓷及其制備方法；屬于復合陶瓷技術領域。

背景技術

作為新型高技術陶瓷，氧化鋯陶瓷具有高強度、高斷裂韌性、高硬度以及優異的隔熱性能以及耐高溫性能等屬性，被廣泛的應用于結構陶瓷和功能陶瓷領域。另外，氧化鋯沒有磁性、不導電、不生銹、耐磨，其在生物醫學器械領域和道具、工具領域中也應用很廣。近來，部分穩定氧化鋯(TZP)可以通過粉末冶金方法，制備避磁的手表表殼、耐腐的表件和其它儀器零件。除了上述的應用，TZP還廣泛地應用于裝飾、生活、醫學、壓電陶瓷、傳感器陶瓷等領域。

在刀具、磨具等領域，工業對材料的硬度性能有著極大的需求。如今，新型高硬陶瓷已經慢慢進入刀具行業，開始成為傳統合金刀具以外重要的一員。陶瓷增硬原理主要是采用向陶瓷粉中摻加一定比例和粒徑范圍的第二相顆粒，第二相顆粒主要由WC、TiCN、SiC以及c-BN(立方氮化硼)等硬質顆粒組成，通過高溫燒結使硬質顆粒在陶瓷組織中的均勻性分布，從而實現陶瓷基體與第二相硬質顆粒在性能上的優化互補。研究表明，控制第二相顆粒粒徑在納米等級，可有效提升陶瓷材料的整體性能。目前，雖然氧化鋯陶瓷在增強增硬方面已取得一定進展，但始終未能同時獲得高韌性與高強度的陶瓷材料，這與后期燒結熱處理過程第二相顆粒的高溫熱不穩定性、高溫反應導致的雜質引入以及其在陶瓷組織中的分布不均勻性等狀態密切聯系，是一個需要迫切解決的難題。

發明內容

本發明針對現有氧化鋯復合陶瓷高韌性與高強度難以匹配的不足，提供一種同時具備高韌性與高強度的氧化鋯復合陶瓷及其制備方法。

本發明一種氧化鋯復合陶瓷，按質量百分比包括下述組分：

ZrO₂?90.0-96.5％，優選為90.0-94.0％，進一步優選為90.0-92.0％；

TiB₂?3.0-9.5％，優選為5.5-9.5％，進一步優選為7.5-9.5％；

其它不可避免雜質的總量≤1％。

本發明一種氧化鋯復合陶瓷，不可避免的雜質為TiO2和/或TiO和/或C等。

本發明一種氧化鋯復合陶瓷，所述TiB₂通過原位生成并均勻分布于ZrO₂基體中。

本發明一種氧化鋯復合陶瓷，所述TiB₂的顆粒尺寸為50-500nm。

本發明一種氧化鋯復合陶瓷，所述氧化鋯復合陶瓷的表面硬度為1405-1436HV，斷裂韌性為11.22-13.30Mpa·m^-1/2，抗彎強度為320-357Mpa。

本發明一種氧化鋯復合陶瓷的制備方法，包括下述步驟：

步驟一

按質量TiO₂：B₂O₃＝1.2-1.5:1，優選為1.2-1.4：1，進一步優選為1.2-1.3：1；配取B₂O₃粉末、TiO₂粉末；

然后按所配取的B₂O₃粉末和TiO₂粉末總質量與碳水化合物質量之比為1：8-10、優選為1：8.5-10.0、進一步優選為1:9.0-10.0配取碳水化合物；

將配取的B₂O₃粉末、TiO₂粉末以及碳水化合物混合均勻后，在保護氣氛下進行燒結，得到改性的混合粉末；所述燒結的溫度為200-400℃、優選為300-400℃，進一步優選為350-400℃；

步驟二

按質量百分比

ZrO₂?75.0-90.0％，優選為79.5-88.5％，進一步優選為81.0-88.5％；

改性的混合粉末10.0-25％，優選為11.5-20.5％，進一步優選為11.5-19％；

配取ZrO₂粉末和改性的混合粉末并混合均勻，得到混合粉末A；

步驟三

將混合粉末A壓制成型后燒結，得到得到氧化鋯復合陶瓷。

本發明一種氧化鋯復合陶瓷的制備方法，所述ZrO₂粉末的粒度為50-800nm，優選為50-500nm，進一步優選為50-300nm。