專利名稱：一種陶瓷及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋯陶瓷，屬于結(jié)構(gòu)陶瓷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋯具有單斜晶系、四方晶系和立方晶系三種晶型。通常為單斜晶系，密度為
5.65g/cm3 ;在1170°C轉(zhuǎn)化為四方晶系，密度為6. 10g/cm3 ;在2715°C轉(zhuǎn)化為立方晶系，密度為6. 27g/cm3。在燒結(jié)氧化鋯陶瓷時(shí)，晶型之間的轉(zhuǎn)化伴隨著體積的膨脹與收縮，這種膨脹與收縮不發(fā)生在同一溫度，因此采用純氧化鋯燒結(jié)時(shí)會(huì)造成制品開(kāi)裂，很難生產(chǎn)純氧化鋯成分的陶瓷，在實(shí)際生產(chǎn)中采用添加某些氧化物作為晶型穩(wěn)定劑，如添加Y203、Ca0、Mg0等， 使氧化鋯的晶型穩(wěn)定為四方晶型，降低制品在晶型轉(zhuǎn)變時(shí)的收縮或膨脹。目前，常見(jiàn)的氧化鋯陶瓷制品材質(zhì)為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷，該材質(zhì)制品的性能在200°C以上的環(huán)境中工作會(huì)嚴(yán)重降低在高于200°C的環(huán)境中使用，易出現(xiàn)裂紋，表面脫落等缺陷，從而降低使用壽命。氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯制品密度理論上限為6. IOg/cm3,實(shí)際生產(chǎn)的乾錯(cuò)陶瓷制品密度范圍為5. 9 6. 07g/cm3,該材質(zhì)的研磨介質(zhì)在處理粘稠或密度大物料的應(yīng)用中，容易浮于物料上方，降低工作效率。雖然立方相氧化鋯理論上具有
6.27g/cm3的密度，但在制備過(guò)程中，隨著溫度降低，其晶型轉(zhuǎn)變?yōu)轶w積更大的四方相，密度降低，因此6. 27g/cm3的氧化鋯難于實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種抗熱震性好，在250°C以下力學(xué)性能基本保持不變且密度范圍在5. 5 6. 4g/cm3的氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為同時(shí)添加稀土氧化物氧化釔和氧化鈰到氧化鋯中，經(jīng)過(guò)成型、燒結(jié)、加工制備氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷，調(diào)節(jié)陶瓷產(chǎn)品的密度和抗熱震性能。本發(fā)明的陶瓷，以氧化物計(jì)包含CeO2 7 30wt*%、Y203 0. I 12wt*%、Zr02 58 92wt %。本發(fā)明陶瓷的優(yōu)選方案之一為組成中還包含Al2O3 0.5 15wt%和/或TiO20. I 0. 5wt%。本發(fā)明陶瓷的再一優(yōu)選方案為組成中還包含Gd2O3 0. 5 3wt%、La2O3 0. I 3wt %、Pr6O11 0. 5 8wt %、Nd2O3 0. 05 0. Iwt %、Tb4O7 0. 04 0. Iwt % 中至少一種。本發(fā)明陶瓷的制備方法，包括以下步驟步驟一以氧化物計(jì)按組成配比將Y2O3>CeO2,ZrO2,Gd2O3>La2O3>Pr6O11,Nd2O3>Tb4O7,Al2O3JiO2，或以氧化物計(jì)按組成配比將釔鋯陶瓷粉及CeO2,Gd2O3>La2O3>Pr6O11,Nd2O3>Tb4O7,A1203、TiO2，或以氧化物計(jì)按組成配比將釔鋯陶瓷前驅(qū)體及Ce02、Gd203、La2O3> Pr6O11, Nd2O3>Tb4O7, A1203、TiO2，或以氧化物計(jì)按組成配比將釔鋯陶瓷中間體及Ce02、Gd203、La2O3> Pr6O11,Nd203、Tb4O7, A1203、TiO2,與水球磨混勻得到漿料一；步驟二 將漿料一干燥后粉碎得到陶瓷破碎粉，或在漿料一中加入粘結(jié)劑繼續(xù)球磨得漿料二，所述粘接劑與各氧化物總重量的重量比為粘接劑/E氧化物=O 20 100，粘結(jié)劑為PVA、纖維素醚類有機(jī)物；步驟三將漿料二噴霧干燥后，得到陶瓷造粒粉；步驟四在陶瓷破碎 粉中加入有機(jī)粘結(jié)劑，經(jīng)過(guò)注射成型后得到陶瓷生坯，或者在陶瓷破碎粉中加入單體、交聯(lián)劑混合溶液進(jìn)行凝膠注模成型，得到陶瓷生坯，或?qū)⑻沾稍炝７圻M(jìn)行壓制成型得到陶瓷生坯；步驟五將陶瓷生坯脫脂，排除生坯中的粘結(jié)劑，并于1300°C 1500°C燒結(jié)，得到陶瓷毛坯；步驟六將陶瓷毛坯進(jìn)行機(jī)加工、拋光處理得到陶瓷產(chǎn)品。本發(fā)明陶瓷制備方法的另一方案為，包括以下步驟步驟甲(I)按配比將氧氯化鋯或硝酸氧鋯配成溶液，并按配方加入Y、La、Gd、Ce、Pr、Nd、Tb、Al元素的溶液，攪拌混勻成混合料液；(2)用沉淀劑沉淀混合料液，經(jīng)過(guò)濾、洗滌后得到陶瓷前驅(qū)體，所述沉淀劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫銨、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸鉀中的至少一種溶液；(3)灼燒步驟乙所得的前驅(qū)體，得到陶瓷中間體；(4)將步驟丙所得的陶瓷中間體與TiO2混合均勻、粉碎后得到陶瓷破碎粉；步驟乙在破碎粉中加入粘結(jié)劑、水球磨得漿料一，所述粘接劑與各氧化物總重量的重量比為粘接劑/ E氧化物=0 20 : 100，粘結(jié)劑為PVA、纖維素醚類有機(jī)物；步驟丙將漿料一干燥和造粒后，得到陶瓷造粒粉；步驟丁 在陶瓷破碎粉中加入有機(jī)粘結(jié)劑，經(jīng)過(guò)注射成型后得到陶瓷生坯，或者在陶瓷破碎粉中加入單體、交聯(lián)劑進(jìn)行凝膠注模成型，得到陶瓷生坯，或?qū)⑻沾稍炝７圻M(jìn)行壓制成型得到陶瓷生坯；步驟戊將陶瓷生坯脫脂，排除生坯中的粘結(jié)劑，并于1300°C 1500°C燒結(jié)，得到陶瓷毛坯；步驟已將陶瓷毛坯進(jìn)行機(jī)加工和/或拋光處理得到陶瓷產(chǎn)品。本發(fā)明陶瓷的制備方法的再一優(yōu)選方案為步驟二或步驟乙中，在球磨之前加入分散劑，分散劑重量與各氧化物總重量之比為分散劑/ E氧化物=0 20 : 100,分散劑為聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽類有機(jī)物、聚丙烯酸脂類有機(jī)物、聚馬來(lái)酸類有機(jī)物、聚馬來(lái)酸酐類有機(jī)物、聚甲基丙烯酸鹽、聚丙烯酸脂及馬來(lái)酸共聚物。本發(fā)明陶瓷的制備方法再一優(yōu)選方案為步驟四或步驟丁中，所述有機(jī)粘結(jié)劑為熱塑性樹脂、增塑劑、潤(rùn)滑劑、輔助劑，其中熱塑性樹脂為聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、醋酸纖維素、丙烯酸類對(duì)脂、聚乙烯醇，增塑劑為石蠟、蜂蠟、酞酸二乙酯、酞酸二丁酯、酞酸二辛酯、脂肪酸酯，潤(rùn)滑劑為硬脂酸鹽、硬質(zhì)酸酯，輔助劑為油酸，花生、大豆等植物油、動(dòng)物油、萘等的升華物以及分解溫度不同的樹脂，有機(jī)粘結(jié)劑與各氧化物總重量的重量比為粘結(jié)劑/ E氧化物=10 40 100。本發(fā)明陶瓷的制備方法再一優(yōu)選方案為步驟四或步驟丁中，所述凝膠注模成型的單體為丙烯酰胺，交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺。本發(fā)明陶瓷的制備方法再一優(yōu)選方案為步驟四或步驟丁中，所述凝膠注模成型之前，需加入引發(fā)劑過(guò)硫酸銨和催化劑四甲基乙二胺。
本發(fā)明的有益效果(I)為結(jié)構(gòu)陶瓷材料領(lǐng)域增加了一種能夠在250°C的環(huán)境中長(zhǎng)期工作、抗熱震性能更好的氧化釔陶瓷；(2)氧化鋯陶瓷的密度可調(diào)范圍更廣，最高可達(dá)
6.4g/cm3 ； (3)加入廉價(jià)的氧化鈰穩(wěn)定劑，降低了生產(chǎn)成本，并改變陶瓷的顏色，豐富了氧化鋯產(chǎn)品的顏色；(4)在較低的燒結(jié)溫度下獲得較好的陶瓷力學(xué)性能；(5)降低了材料的磨耗，拓寬了氧化鋯陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域；(6)使用的主要稀土原料氧化鈰價(jià)格較氧化鋯陶瓷常用稀土穩(wěn)定劑氧化釔便宜；(7)無(wú)需添加其它設(shè)備，利用原有的釔鋯陶瓷生產(chǎn)線即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式表I實(shí)施例I 9及對(duì)比例配料表單位g

權(quán)利要求
1.一種陶瓷，特征在于其組成以氧化物計(jì)包含CeO2 7 30wt%、Y2O3 O. I 12wt%、ZrO2 58 92wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陶瓷，其特征在于，所述組成中還包含Al2O30.5 15被％和/ 或 TiO2 O. I Iwt %。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的陶瓷，其特征在于，所述組成中還包含Gd2O3O. 5 3wt %、La2O3 O. I 3wt %、Pr6O11 O. 5 8wt %、Nd2O3 O. 05 O. Iwt %、Tb4O7 O. 04 O.Iwt %中至少一種。
4.制備權(quán)利要求I所述陶瓷的方法，其特征在于包括以下步驟步驟一以氧化物計(jì)按組成配比將 Y203、CeO2, ZrO2, Gd203、La2O3> Pr6O11, Nd2O3> Tb4O7,Al2O3JiO2，或以氧化物計(jì)按組成配比將釔鋯陶瓷粉及CeO2,Gd2O3>La2O3>Pr6O11,Nd2O3>Tb4O7,A1203、TiO2，或以氧化物計(jì)按組成配比將釔鋯陶瓷前驅(qū)體及Ce02、Gd203、La2O3> Pr6O11, Nd2O3>Tb4O7, A1203、TiO2，或以氧化物計(jì)按組成配比將釔鋯陶瓷中間體及Ce02、Gd203、La2O3> Pr6O11,Nd203、Tb4O7, A1203、TiO2,與水球磨混勻得到漿料一； 步驟二 將漿料一干燥后粉碎得到陶瓷破碎粉，或在漿料一中加入粘結(jié)劑繼續(xù)球磨得漿料二，所述粘接劑與各氧化物總重量的重量比為粘接劑/Σ氧化物=0 20 100，粘結(jié)劑為PVA、纖維素醚類有機(jī)物； 步驟三將漿料二噴霧干燥后，得到陶瓷造粒粉； 步驟四在陶瓷破碎粉中加入有機(jī)粘結(jié)劑，經(jīng)過(guò)注射成型后得到陶瓷生坯，或者在陶瓷破碎粉中加入單體、交聯(lián)劑進(jìn)行凝膠注模成型，得到陶瓷生坯，或?qū)⑻沾稍炝７圻M(jìn)行壓制成型得到陶瓷生坯； 步驟五將陶瓷生坯脫脂，排除生坯中的粘結(jié)劑，并于1300°C 1500°C燒結(jié)，得到陶瓷毛還； 步驟六將陶瓷毛坯進(jìn)行機(jī)加工和/或拋光處理得到陶瓷產(chǎn)品。
5.制備權(quán)利要求I所述陶瓷的方法，其特征在于包括以下步驟 步驟甲 (1)按配比將氧氯化鋯或硝酸氧鋯配成溶液，并按配方加入Y、La、Gd、Ce、Pr、Nd、Tb、Al元素的溶液，攪拌混勻成混合料液； (2)用沉淀劑沉淀混合料液，經(jīng)過(guò)濾、洗滌后得到陶瓷前驅(qū)體，所述沉淀劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫銨、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸鉀中的至少一種溶液； (3)灼燒陶瓷前驅(qū)體，得到陶瓷中間體； (4)將陶瓷中間體與TiO2混合均勻、粉碎后得到陶瓷破碎粉； 步驟乙在破碎粉中加入粘結(jié)劑、水球磨得漿料一，所述粘接劑與各氧化物總重量的重量比為粘接劑/ Σ氧化物=O 20 : 100，粘結(jié)劑為PVA、纖維素醚類有機(jī)物； 步驟丙將漿料一干燥和造粒后，得到陶瓷造粒粉； 步驟丁 在陶瓷破碎粉中加入有機(jī)粘結(jié)劑，經(jīng)過(guò)注射成型后得到陶瓷生坯，或者在陶瓷破碎粉中加入單體、交聯(lián)劑進(jìn)行凝膠注模成型，得到陶瓷生坯，或?qū)⑻沾稍炝７圻M(jìn)行壓制成型得到陶瓷生坯； 步驟戊將陶瓷生坯脫脂，排除生坯中的粘結(jié)劑，并于1300°C 1500°C燒結(jié)，得到陶瓷毛還；步驟已將陶瓷毛坯進(jìn)行機(jī)加工和/或拋光處理得到陶瓷產(chǎn)品。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述陶瓷的制備方法，其特征在于步驟二或步驟乙球磨時(shí)加入分散劑，分散劑與各氧化物總重量的重量比為分散劑/ Σ氧化物=(O. I 20) : 100,分散劑為聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽類有機(jī)物、聚丙烯酸脂類有機(jī)物、聚馬來(lái)酸類有機(jī)物、聚馬來(lái)酸酐類有機(jī)物、聚甲基丙烯酸鹽、聚丙烯酸脂及馬來(lái)酸共聚物中至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述陶瓷的制備方法，其特征在于步驟四或步驟丁所述有機(jī)粘結(jié)劑為熱塑性樹脂、增塑劑、潤(rùn)滑劑、輔助劑，其中熱塑性樹脂為聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、醋酸纖維素、丙烯酸類對(duì)脂、聚乙烯醇中至少一種，增塑劑為石蠟、蜂蠟、酞酸二乙酯、酞酸二丁酯、酞酸二辛酯、脂肪酸酯中至少一種，潤(rùn)滑劑為硬脂酸、硬脂酸鹽、硬脂酸酯中至少一種，輔助劑為油酸，花生、大豆等植物油、動(dòng)物油、萘等的升華物以及分解溫度不同的樹月旨，有機(jī)粘結(jié)劑與各氧化物總重量的重量比為粘結(jié)劑/Σ氧化物=10 40 100。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述陶瓷的制備方法，其特征在于步驟四或步驟丁所述凝膠注模成型的單體為丙烯酰胺，交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述陶瓷的制備方法，其特征在于步驟四或步驟丁所述凝膠注模成型時(shí)加入引發(fā)劑過(guò)硫酸銨和催化劑四甲基乙二胺。
全文摘要
本發(fā)明一種陶瓷及其制備方法與應(yīng)用，涉及一種氧化鋯陶瓷。通過(guò)將氧化鈰、氧化釔添加到氧化鋯中，在較低的溫度下制備性能不低于釔鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的氧化鋯陶瓷。該陶瓷以氧化物計(jì)包含CeO2 7～30wt％、Y2O3 0.1～12wt％、ZrO2 50～92wt％，密度可達(dá)6.4g/cm3，豐富了氧化鋯產(chǎn)品的顏色。該陶瓷制品能夠在250℃的環(huán)境中工作，并提高了該材質(zhì)磨介在干法研磨和粘稠物料的研磨中研磨效率，并具有較小的研磨損耗，為氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷增加了新產(chǎn)品，拓寬了氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102627457SQ20121012775
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者劉革命, 彭牛生, 李聯(lián)和, 楊惠明, 王文平, 胡志軍, 謝楠, 龔斌 申請(qǐng)人:贛州虔東稀土集團(tuán)股份有限公司