專利名稱：一種常壓燒結(jié)透明氧化鋯陶瓷材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種常壓燒結(jié)透明氧化鋯陶瓷材料的制備方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬(陶瓷)材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋯(ZrO2)陶瓷是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的新型結(jié)構(gòu)陶瓷和多功能陶瓷，它具有高韌性、高強(qiáng)度、高硬度、高折射率、低的熱膨脹系數(shù)(接近于鋼)、良好的耐磨性能、優(yōu)良的耐高溫、優(yōu)異的高溫電熱性能等優(yōu)良特性，廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，如模具、磨球、分散和研磨介質(zhì)、耐磨刀具、切割工具、耐火材料、表殼及表帶、多晶氧化鋯飾品、生物醫(yī)學(xué)陶瓷、氧傳感器、固體燃料電池、高溫電熱材料等。其中透明氧化鋯陶瓷主要運(yùn)用在紅外窗口材料、高溫窗口材料、棱鏡、多晶氧化鋯飾品、雷達(dá)天線罩和紅外線整流罩等領(lǐng)域。1986年， 第一塊氧化鋯透明塊陶瓷是由來(lái)自日本的東洋曹達(dá)工業(yè)株式會(huì)社的KojiTsukuma，通過(guò)傳統(tǒng)陶瓷成型方式，300MPa冷等靜壓后在145(Tl630°C空氣氣氛下燒結(jié)7 15小時(shí)后，再在1500°C和IOOMPa壓力及氬氣氣氛下熱等靜壓(HIP)，1200°C退火后而得到的透明氧化鋯陶瓷；來(lái)自美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的S.R.Casolco等利用放電等離子體燒結(jié)(SPS)方法利用Tosoh的8Y-Zr02納米粉成功制備了透過(guò)性良好的透明氧化鋯陶瓷；2008年Koji Tsukuma進(jìn)一步改進(jìn)了工藝措施，用熱等靜壓燒結(jié)法成功制備了透明氧化錯(cuò)陶瓷，并分析了燒結(jié)助劑、燒結(jié)溫度對(duì)透明陶瓷透過(guò)率的影響；2009年來(lái)自德國(guó)Scott集團(tuán)的Ulrich Peuchert等人在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)燒結(jié)工藝,利用熱等靜壓法燒結(jié)成功制備透明氧化鋯陶瓷；2011年Liwen Lei等人通過(guò)放電等離子體燒結(jié)法制備了透明氧化鋯陶瓷，但在可見光范圍的透過(guò)率很低。從以上關(guān)于氧化鋯透明塊體陶瓷的報(bào)道來(lái)看，其主要方法還是借助于精密高端設(shè)備制備而成，或是SPS，或是HIP，這些設(shè)備非常昂貴，成本過(guò)高，制備工藝也并不成熟。因此迄今為止，透明氧化鋯陶瓷尚沒(méi)有在市場(chǎng)上廣泛使用，在國(guó)內(nèi)亦未有相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的設(shè)備要求高、生產(chǎn)成本大等缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種常壓燒結(jié)透明氧化鋯陶瓷材料的制備方法，通過(guò)摻雜Y203、A1203納米粉，采用傳統(tǒng)陶瓷制備工藝，制定合適的燒結(jié)制度，在較低的燒結(jié)溫度下，常壓燒結(jié)制備透明氧化鋯陶瓷材料。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種常壓燒結(jié)透明氧化鋯陶瓷材料的制備方法，具有以下的過(guò)程和步驟:
a.采用乾穩(wěn)定氧化錯(cuò)商業(yè)粉10mol%Y2O3-ZrO2,簡(jiǎn)稱ZrYltl,和高純Y203、A1203納米粉為原料，以釔穩(wěn)定氧化鋯商業(yè)粉為基體材料，以Y203、Al2O3納米粉為摻雜材料，摻入量以質(zhì)量百分比為計(jì):Y203:0 30wt%，Al2O3:0 5wt% ；
b.將按上述配方配制好的基體材料和各摻雜材料進(jìn)行攪拌混和，混合料在無(wú)水乙醇中混磨24小時(shí)；
c.混合料在100°C溫度下烘干，然后進(jìn)行造粒；d.粉粒在15(T200MPa冷等靜壓下壓成片狀試樣，隨后在110(Tl40(TC下預(yù)燒5小時(shí)；將上述預(yù)燒后的試樣放在氫氣爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度范圍為1600 1700°C，燒結(jié)時(shí)間為24小時(shí)，最終獲得透明氧化鋯陶瓷材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著地進(jìn)步:
本發(fā)明采用傳統(tǒng)設(shè)備，以常壓燒結(jié)工藝制備了透明氧化鋯陶瓷，制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，僅在常壓下燒結(jié)即可，且易成型、穩(wěn)定性好，可廣泛運(yùn)用在紅外窗口材料、高溫窗口材料、棱鏡、多晶氧化鋯飾品、雷達(dá)天線罩和紅外線整流罩等領(lǐng)域。


圖1為ZrY1Q+30wt%Y203+0.25wt%Al203透明陶瓷直線透過(guò)率曲線。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。實(shí)施例1
本實(shí)施例的過(guò)程和步驟敘述如下:
a.采用釔穩(wěn)定氧化鋯商業(yè)粉(ZrYltl)和高純Y203、A1203納米粉為原料，以釔穩(wěn)定氧化鋯商業(yè)粉為基體材料，以Y203、Al2O3納米粉為摻雜材料，摻入量以質(zhì)量百分比為計(jì)=Y2O3:20wt%，Al2O3:0.5wt% ；
b.將按上述配方配制好的 氧化鋯基體材料和各摻雜材料進(jìn)行攪拌混和，混合料在無(wú)水乙醇中混磨24小時(shí)；
c.混合料在100°C溫度下烘干，然后進(jìn)行造粒；
d.粉粒在200MPa冷等靜壓下壓成片狀試樣，隨后在1400°C下預(yù)燒5小時(shí)；將上述預(yù)燒后的試樣放在氫氣爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度范圍為1700°C，燒結(jié)時(shí)間為24小時(shí)，最終獲得氧化鋯透明陶瓷。實(shí)施例2
本實(shí)施例所用粉體原料的純度、陶瓷制備的方法和步驟與實(shí)施例1中的完全相同。不同之處在于Al2O3的摻雜量為0.25wt%。實(shí)施例3
本實(shí)施例所用粉體原料的純度、陶瓷制備的方法和步驟與實(shí)施例1中的完全相同。不同之處在于Al2O3的摻雜量為2wt%。實(shí)施例4
本實(shí)施例所用粉體原料的純度、陶瓷制備的方法和步驟與實(shí)施例1中的完全相同。不同之處在于Al2O3的摻雜量為5wt%。實(shí)施例5
本實(shí)施例所用粉體原料的純度、陶瓷制備的方法和步驟與實(shí)施例1中的完全相同。不同之處在于Y2O3的摻雜量為30wt%，Al2O3的摻雜量為0.25wt%。實(shí)施例6
本實(shí)施例所用粉體原料的純度、陶瓷制備的方法和步驟與實(shí)施例1中的完全相同。不同之處在于Y2O3的摻雜量為30wt%，Al2O3的摻雜量為0.25wt%，燒結(jié)溫度為1650°C。
實(shí)施例7
本實(shí)施例所用粉體原料的純度、陶瓷制備的方法和步驟與實(shí)施例1中的完全相同。不同之處在于Y2O3的摻雜量為30wt%，Al2O3的摻雜量為0.25wt%，燒結(jié)溫度為1600°C。實(shí)施例8
本實(shí)施例所用粉體原料的純度、陶瓷制備的方法和步驟與實(shí)施例1中的完全相同。不同之處在于Y2O3的摻雜量為30wt%，Al2O3的摻雜量為3wt%。實(shí)施例9
本實(shí)施例所用粉體原料的純度、陶瓷制備的方法和步驟與實(shí)施例1中的完全相同。不同之處在于Y2O3的摻雜量為30wt%，Al2O3的摻雜量為5wt%。如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例5中樣品的直線透過(guò)率曲線。實(shí)施例5中陶瓷樣品的成分為ZrY1Q+30wt%Y203+ 0.25wt%Al203，其直線透過(guò)率最高可達(dá)25%。
權(quán)利要求
1.一種常壓燒結(jié)透明氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于，具有以下的過(guò)程和步驟: a.采用乾穩(wěn)定氧化錯(cuò)商業(yè)粉10mol%Y2O3-ZrO2,簡(jiǎn)稱ZrYltl,和高純￥20341203納米粉為原料，以釔穩(wěn)定氧化鋯商業(yè)粉為基體材料，以Y203、Al2O3納米粉為摻雜材料，摻入量以質(zhì)量百分比為計(jì)=Y2O3:0 30wt%，Al2O3:0 5wt% ； b.將按上述配方配制好的基體材料和各摻雜材料進(jìn)行攪拌混和，混合料在無(wú)水乙醇中混磨24小時(shí)； c.混合料在100°C溫度下烘干，然后進(jìn)行造粒； d.粉粒在15(T200MPa冷等靜壓下壓成片狀試樣，隨后在110(Tl40(TC下預(yù)燒5小時(shí)；將上述預(yù)燒后的試樣放在氫氣爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度范圍為1600 1700°C，燒結(jié)時(shí)間為24小時(shí)，最終獲得透明氧 化鋯陶瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明為一種常壓燒結(jié)透明氧化鋯陶瓷材料的制備方法。本發(fā)明主要采用釔穩(wěn)定氧化鋯商業(yè)粉(xmol%Y2O3-ZrO2，簡(jiǎn)稱ZrYx，x=6~10)和高純Y2O3、Al2O3納米粉為原料，在較低溫度條件下，采用常壓燒結(jié)工藝制備了透明釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料。本發(fā)明的透明釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，僅在常壓下燒結(jié)即可，且易成型、穩(wěn)定性好，可廣泛運(yùn)用在紅外窗口材料、高溫窗口材料、棱鏡、多晶氧化鋯飾品、雷達(dá)天線罩和紅外線整流罩等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C04B35/622GK103232237SQ20131013456
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者劉強(qiáng), 楊秋紅, 趙廣根, 陸神州, 張浩佳, 蔣岑, 盧青, 袁野 申請(qǐng)人:上海大學(xué)