[發明專利]一種改性增韌氧化鋯基陶瓷材料的制備方法及其產品

在審

• 申請號: 202010523367.7
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111675537A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 晏文彬
• 申請（專利權）人: 新化縣天辰精密電子陶瓷有限公司
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/48;H01H85/06;C04B35/626;C04B35/622
• 代理公司: 長沙大珂知識產權代理事務所(普通合伙) 43236
• 代理人: 伍志祥

本發明公開了一種改性增韌氧化鋯基陶瓷材料的制備方法及其產品。制備的材料為一種改性增韌氧化鋯基陶瓷材料，材料的化學組成為Zr_aYb_bGe_cNd_dY_eO_x，其中a＝87.2～93.9，b＝3～6，c＝0.5～1.5，d＝1～2，e＝1.5～3，x滿足其它元素化合價所需的氧原子總數。本發明提供的材料具有較高的相穩定性、高韌性、致密性的特點，該材料的最高斷裂韌性可達12.33MPa·m^1/2，最高的硬度為1130HV₁₀；抗彎強度為910.3MPa；致密性為98.3％。

技術領域

本發明屬于氧化鋯基陶瓷技術領域，具體涉及一種改性增韌氧化鋯基陶瓷材料的制備方法及其產品。

背景技術

保險管是一種電路故障保護裝置，當電路中電流達到某一預定值時，電流被切斷，以保護線路中不致通過太大的電流，防止電路損壞。而陶瓷保險管多應用于智能儀表及其他電子設備中，例如手機充電器等，保險管的結構與外殼具有對外界環境隔離與抗沖擊的能力，達到保護保險管內的熔體，實現在規定的參數與要求內對電路進行保護的目的，因而對陶瓷保險管的來說，就需要陶瓷具有優異的機械特性，例如韌性、硬度、強度、承壓力等性能。

氧化鋯陶瓷在現代工業領域得到了廣泛的應用，例如作為擠出和拉絲模具、固體氧化物燃料電池(SOFC_s)、催化劑或催化劑載體、相變增韌陶瓷，汽車發動機零件、氧傳感器、航空發動機用熱障礙涂層等。

氧化鋯作為陶瓷材料其得到了廣泛的應用，但是僅以氧化鋯作為陶瓷，其性能并不能滿足現有實際生產的需求，因而對其改性是目前提高氧化鋯性能的主要手段。其中3Y-TZP具有最佳的強度和韌性的組合，作為結構陶瓷應用廣泛。然而，由于應力誘導相變增韌對溫度的敏感性，相變增韌隨溫度升高而失效，氧化鋯的中高溫性能不夠理想。此外，水熱老化使得其在相應環境的應用受限(如醫療刀具的反復蒸汽消毒、生物植入體、蒸汽渦輪機部件等)。利用共摻雜穩定的方法能有效地結合不同稀土穩定劑的優勢，其中，Ce-Y共穩定氧化鋯兼具3Y-TZP和Ce-TZP的優點，其力學性能和抗老化性能相對較好，但相比Y-TZP而言，其晶粒尺寸仍然較大，力學性能仍需進一步提高。由于TZP的韌性主要是通過應力誘導相變增韌來保證，這意味著從該途徑提高其韌性有一定的限度，利用合適的第二相對氧化鋯進行增韌成為一種有效手段。因此，對氧化鋯來說，如何通過成分設計和工藝優化實現強韌化的同時兼顧其高溫性能及抗水熱老化能力，如何進一步優化其耐摩擦性及高溫相穩定性，是一系列亟待解決的技術問題。此外，稀土元素的分布及含量對氧化鋯的力學性能影響較大，多元稀土共穩定氧化鋯中摻雜的稀土元素之間的相互作用、分布及含量對微觀結構與力學性能的影響規律和機理尚不清楚，其強韌化機制及各機制之間的協同關系尚未明確，因而對氧化鋯基陶瓷材料的韌性、硬度、抗彎強度以及致密性的提高仍是目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種改性增韌氧化鋯基陶瓷材料的制備方法及其產品，其具有較高的斷裂韌性，硬度，抗彎強度以及致密性，以及將其在手機充電的保險管制作中的應用。

本發明采用以下技術方案：

1.一種改性增韌氧化鋯基陶瓷材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

1)首先將納米超細ZrO₂粉體過200目篩；