[發明專利]一種氧化鋯基陶瓷及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910301687.5
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN109896856A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 沈理達;劉慶榮;顧嘉駿
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/628;C04B35/634
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本發明屬于陶瓷增材制造領域，公開一種氧化鋯基陶瓷及其制備方法和應用。表面包覆氧化鋁的SiC粉體層與層之間的結合力好，將其加入到氧化鋯基陶瓷的制備當中，可以增強氧化鋯基陶瓷的斷裂韌性。同時針對氧化鋯基陶瓷現有的不足，加入Y₂O₃粉體可以提高氧化鋯基陶瓷熱穩定性，實現材料強韌化，使氧化鋯基陶瓷真正地成為一種廣泛應用的新型材料。所制備出的氧化鋯基陶瓷耐高溫、耐腐蝕、耐磨損，致密度達到95％以上，表層硬度達到15GPa以上，斷裂韌性在12Mpa·m以上。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，涉及一種氧化鋯基陶瓷的制備方法和應用。

背景技術

近年來陶瓷材料的開發和應用進展迅速，且性能得到較大的改善。但是，傳統陶瓷的成型工藝流程較為復雜，固化造型困難，且很多陶瓷材料強度難以滿足使用要求。借助各種增材制造技術，陶瓷成型實現了無?；a，其成型復雜性大大降低，且坯體的尺寸精細化程度顯著提高。

SiC陶瓷是一種性能優良的陶瓷材料，具有高溫強度大、抗氧化性強、耐磨損性好、熱穩定性佳、熱膨脹系數小、熱導率大、硬度高以及抗熱震和耐化學腐蝕等優異性能。但由于純SiC陶瓷難以燒結，一般在燒結時，加入適量的氧化物作燒結助劑，可在相對低的溫度下促進SiC陶瓷的致密化。

純SiC粉體呈黑色或綠色，對光的吸收能力強，反射作用弱，相應地，對光的折射和透射性能弱，用于增材制造只能形成表面一層薄膜，無法用于產品的成型。

氧化鋯陶瓷具有高抗彎強度和耐磨性，優異的隔熱性能，且熱膨脹系數接近于金屬等優點。但其在1200℃左右存在四方相(t-ZrO₂)與單斜相(m-ZrO₂)之間的可逆相變，并伴有3％～5％的體積變化，導致純氧化鋯陶瓷構件開裂、強度降低、甚至斷裂；并且氧化鋯的致命缺點是高脆性，低可靠性和低重復性，所有的這些不足嚴重影響了氧化鋯陶瓷的應用范圍。

發明內容

為了解決上述現有材料存在的不足和缺點，提供一種氧化鋯基陶瓷材料。

本發明的目的在于提供一種上述氧化鋯基陶瓷的制備方法。表面包覆氧化鋁的SiC粉體層與層之間的結合力好，將其加入到氧化鋯基陶瓷的制備當中，可以增強氧化鋯基陶瓷的斷裂韌性。同時針對氧化鋯基陶瓷現有的不足，加入Y₂O₃粉體可以提高氧化鋯基陶瓷熱穩定性，實現材料強韌化，使氧化鋯基陶瓷真正地成為一種廣泛應用的新型材料。在氧化鋯粉體中同時加入一定比例的氧化鋁包覆的SiC粉體和Y₂O₃粉體，所制備出的氧化鋯基陶瓷耐高溫、耐腐蝕、耐磨損。

本發明的另一目的在于提供上述氧化鋯基陶瓷在航空航天發動機陶瓷涂層領域的應用。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：

將氧化鋯粉體、氧化鋁包覆的SiC粉體、Y₂O₃粉體、光敏樹脂、分散劑攪拌均勻，制得陶瓷漿料；將CAD三維陶瓷部件模型導入光固化打印機進行切片處理，并將配置好的陶瓷漿料置于儲液缸中，采用光固化成型方法制備陶瓷素胚；將陶瓷素胚依次進行脫脂和燒結處理，得到氧化鋯基陶瓷。

優選地，所述組份占漿料的質量百分比分別為：氧化鋯陶瓷粉體：40-60％，氧化鋁包覆的SiC粉體：1-20％，Y₂O₃粉體：1-15％，光敏樹脂：20-40％，分散劑：1-5％。

優選地，所述的氧化鋯粉體的粒徑在0.05-10μm。

優選地，所述的氧化鋁包覆的SiC粉體包括顆?；蚓ы氈械闹辽僖环N，粒徑在0.05-0.2μm。

優選地，所述的Y₂O₃粉體能夠將四方相氧化鋯穩定至室溫，粒徑在0.05-0.2μm。