一種氧化鋯復(fù)合陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氧化鋯復(fù)合陶瓷及其制備方法，特別是指一種高強(qiáng)韌、高硬度氧化鋯復(fù)合陶瓷及其制備方法；屬于復(fù)合陶瓷【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明所述氧化鋯復(fù)合陶瓷，按質(zhì)量百分比包括ZrO2 90.0-96.5％、TiB2 3.0-9.5％、其它不可避免雜質(zhì)的總量≤1％。本發(fā)明通過(guò)在納米TiO2粉末以及納米B2O3粉末表面包覆一層碳后，采用原位合成TiB2的方法，得到了具備高韌性與高強(qiáng)度的氧化鋯復(fù)合陶瓷。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，獲得的高硬度氧化鋯復(fù)合陶瓷可用于硬質(zhì)合金的部分應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用開(kāi)發(fā)前景。
【專利說(shuō)明】一種氧化鋯復(fù)合陶瓷及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鋯復(fù)合陶瓷及其制備方法，特別是指一種高強(qiáng)韌、高硬度氧化鋯復(fù)合陶瓷及其制備方法；屬于復(fù)合陶瓷【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]作為新型高技術(shù)陶瓷，氧化鋯陶瓷具有高強(qiáng)度、高斷裂韌性、高硬度以及優(yōu)異的隔熱性能以及耐高溫性能等屬性，被廣泛的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷領(lǐng)域。另外，氧化鋯沒(méi)有磁性、不導(dǎo)電、不生銹、耐磨，其在生物醫(yī)學(xué)器械領(lǐng)域和道具、工具領(lǐng)域中也應(yīng)用很廣。近來(lái)，部分穩(wěn)定氧化鋯(TZP)可以通過(guò)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(yīng)用，TZP還廣泛地應(yīng)用于裝飾、生活、醫(yī)學(xué)、壓電陶瓷、傳感器陶瓷等領(lǐng)域。
[0003]在刀具、磨具等領(lǐng)域，工業(yè)對(duì)材料的硬度性能有著極大的需求。如今，新型高硬陶瓷已經(jīng)慢慢進(jìn)入刀具行業(yè)，開(kāi)始成為傳統(tǒng)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(zhì)顆粒組成，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)使硬質(zhì)顆粒在陶瓷組織中的均勻性分布，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷基體與第二相硬質(zhì)顆粒在性能上的優(yōu)化互補(bǔ)。研究表明，控制第二相顆粒粒徑在納米等級(jí)，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(qiáng)增硬方面已取得一定進(jìn)展，但始終未能同時(shí)獲得高韌性與高強(qiáng)度的陶瓷材料，這與后期燒結(jié)熱處理過(guò)程第二相顆粒的高溫?zé)岵环€(wěn)定性、高溫反應(yīng)導(dǎo)致的雜質(zhì)引入以及其在陶瓷組織中的分布不均勻性等狀態(tài)密切聯(lián)系，是一個(gè)需要迫切解決的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有氧化鋯復(fù)合陶瓷高韌性與高強(qiáng)度難以匹配的不足，提供一種同時(shí)具備高韌性與高強(qiáng)度的氧化鋯復(fù)合陶瓷及其制備方法。
[0005]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷，按質(zhì)量百分比包括下述組分:
[0006]ZrO2 90.0-96.5 %，優(yōu)選為 90.0-94.0 %，進(jìn)一步優(yōu)選為 90.0-92.0 % ；
[0007]TiB2 3.0-9.5 %，優(yōu)選為 5.5-9.5 %，進(jìn)一步優(yōu)選為 7.5-9.5 % ；
[0008]其它不可避免雜質(zhì)的總量< I %。
[0009]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷，不可避免的雜質(zhì)為T(mén)i02和/或T1和/或C等。
[0010]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷，所述TiB2通過(guò)原位生成并均勻分布于ZrO2基體中。
[0011]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷，所述TiB2的顆粒尺寸為50-500nm。
[0012]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷，所述氧化鋯復(fù)合陶瓷的表面硬度為1405-1436HV，斷裂韌性為 11.22-13.30Mpa.πΓ1/2，抗彎強(qiáng)度為 320_357Mpa。
[0013]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，包括下述步驟:
[0014]步驟一
[0015]按質(zhì)量T12 =B2O3 = 1.2-1.5:1，優(yōu)選為 1.2-1.4:1，進(jìn)一步優(yōu)選為 1.2-1.3:1 ;配取B2O3粉末、T12粉末；
[0016]然后按所配取的B2O3粉末和T12粉末總質(zhì)量與碳水化合物質(zhì)量之比為1:8_10、優(yōu)選為1:8.5-10.0、進(jìn)一步優(yōu)選為1:9.0-10.0配取碳水化合物；
[0017]將配取的B2O3粉末、T12粉末以及碳水化合物混合均勻后，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，得到改性的混合粉末；所述燒結(jié)的溫度為200-400°C、優(yōu)選為300-400°C，進(jìn)一步優(yōu)選為350-400 0C ；
[0018]步驟二
[0019]按質(zhì)量百分比
[0020]ZrO2 75.0-90.0%，優(yōu)選為 79.5-88.5%，進(jìn)一步優(yōu)選為 81.0-88.5% ；
[0021]改性的混合粉末10.0-25%，優(yōu)選為11.5-20.5%，進(jìn)一步優(yōu)選為11.5-19% ；
[0022]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 ；
[0023]步驟三
[0024]將混合粉末A壓制成型后燒結(jié)，得到得到氧化鋯復(fù)合陶瓷。
[0025]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，所述ZrO2粉末的粒度為50_800nm，優(yōu)選為 50-500nm，進(jìn)一步優(yōu)選為 50_300nm。
[0026]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，所述B2O3粉末的粒度為50_800nm，優(yōu)選為 50-500nm，進(jìn)一步優(yōu)選為 50_300nm。
[0027]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，所述T12粉末的粒度為50_800nm，優(yōu)選為 50-500nm，進(jìn)一步優(yōu)選為 50_300nm。
[0028]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，所述碳水化合物選自蔗糖、葡萄糖中的一種。
[0029]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，所述碳水化合物顆粒的粒度為200-900nm ;優(yōu)選為 200-700nm，進(jìn)一步優(yōu)選為 200_500nm。
[0030]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，步驟一中所述保護(hù)氣氛選自氬氣氣氛、氮?dú)庵械囊环N。
[0031]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，步驟一中所述燒結(jié)的時(shí)間為3_7h，優(yōu)選為3-6h，進(jìn)一步優(yōu)選為4-6h。
[0032]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法。步驟一中，所述改性的混合粉末由表面均勻包覆有C的T12粉末與表面均勻包覆有C的B2O3粉末混合組成；所述改性的混合粉末的粒度為0.1-1.0 μ m ;優(yōu)選為100-600nm，進(jìn)一步優(yōu)選為100_400nm。
[0033]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，步驟二中，將配取的ZrO2粉末、改性的混合粉末放入氧化鋯球磨罐中，以無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，控制球磨轉(zhuǎn)速為200-300r/min，球磨12-36h后，對(duì)所得漿料進(jìn)行干燥處理得到混合粉末A。
[0034]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，步驟三中，所述壓制成型是:取-200目的混合粉末A ;加入所取混合粉末A質(zhì)量2-4%的粘結(jié)劑，將所取粘結(jié)劑與所取混合粉末A混合均勻后，在20-40Mpa保壓l_2min，得到壓壞。
[0035]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，所述粘結(jié)劑選自聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯縮丁醛(PVB)中的一種。
[0036]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，步驟三中所述燒結(jié)是:將壓坯置于燒結(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣氛下，先以2-5 °C /min的速度升溫到300-400°C，保溫l_2h，然后再以2-50C /min的升溫速度升溫至700-800°C，保溫l_2h ;接著以5_10°C /min的速度升溫到1450-1600°C，保溫4-6h后隨爐冷卻至室溫；得到所述氧化鋯復(fù)合陶瓷。
[0037]本發(fā)明一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的制備方法，步驟三中燒結(jié)時(shí)，所用保護(hù)氣氛選自氮?dú)鈿夥?、IS氣氣氛中的一種。
[0038]原理和優(yōu)勢(shì):
[0039]本發(fā)明借助原位合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了陶瓷燒結(jié)與第二相原位合成同步進(jìn)行，有效地解決了第二相在高溫?zé)釤Y(jié)過(guò)程中由于相變以及雜質(zhì)引入而導(dǎo)致陶瓷整體性能的降低的難題，獲得了硬度與韌性俱佳的氧化鋯復(fù)合陶瓷。
[0040]本發(fā)明嚴(yán)格限定了 T12粉末與B2O3粉末的質(zhì)量比為1.20?1.50:1，這是為了原位生成TiB2提供了必要條件，通過(guò)步驟三的燒結(jié)，使得T12粉末與B2O3反應(yīng)完全生成熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定好，且具有極高的強(qiáng)度和硬度的TiB2，從而達(dá)到制備硬度、強(qiáng)度、韌性俱佳的氧化鋯復(fù)合陶瓷的目的。適量多出的T12既可作為燒結(jié)助劑，又可與Zr02形成復(fù)合陶瓷，這對(duì)于提高成品的硬度與韌性都是有利的。
[0041]本發(fā)明先在T12粉末與B2O3粉末包覆一層碳水化合物，然后通過(guò)步驟二中的燒結(jié)，使得碳水化合物分解，得到表面均勻包覆有C的T12粉末與B2O3粉末；包覆的C在步驟三的燒結(jié)中能起到還原劑的作用，這就保證了 TiB2能夠順利的原位生成。與直接加入C粉顆粒相比較，本發(fā)明的C分布更加均勻，這就避免了原位生成二硼化鈦由于碳分布不均勻而導(dǎo)致的復(fù)合陶瓷中還存在未充分反應(yīng)的二氧化鈦的情況，也就避免了由于相變以及雜質(zhì)存在而導(dǎo)致降低陶瓷整體性能的情況出現(xiàn)。本發(fā)明嚴(yán)格控制碳水化合物的用量，一旦碳水化合物用量過(guò)高，將導(dǎo)致復(fù)合陶瓷樣品中有碳或碳化物殘留、局部出現(xiàn)雜質(zhì)的偏聚現(xiàn)象、材料性能下降等問(wèn)題，一旦碳水化合物用量過(guò)低，將導(dǎo)致原位合成反應(yīng)不充分、復(fù)合陶瓷中雜質(zhì)相增多、陶瓷整體性能下降等問(wèn)題。
[0042]本發(fā)明采用高速濕法球磨工藝，壓型后可獲得摻雜顆粒均勻分布的陶瓷壞體，采用第二相原位合成工藝，有效地解決了第二相在高溫?zé)釤Y(jié)過(guò)程中由于相變以及雜質(zhì)引入而導(dǎo)致陶瓷整體性能的降低，可獲得硬度、強(qiáng)度、韌性俱佳的氧化鋯復(fù)合陶瓷。
[0043]本發(fā)明步驟三中，嚴(yán)格控制壓坯壓力以及保壓時(shí)間，是為了將壓坯的孔隙率控制在一定范圍內(nèi)，因?yàn)閴号髦写嬖谝欢ǖ目紫叮@些孔隙會(huì)對(duì)熔融的液體形成毛細(xì)作用，使得液體均勻分布于坯體中，這對(duì)于得到第二相分布均勻的復(fù)合陶瓷是至關(guān)重要的。
[0044]本發(fā)明步驟三中，得到壓坯后，分個(gè)三階段進(jìn)行燒結(jié)，
[0045]先以2-5°C /min的速度升溫到300-400°C，保溫l_2h，然后再以2_5°C /min的升溫速度升溫至700-800°C，保溫l_2h ;該過(guò)程中目的之一在于實(shí)現(xiàn)坯體的充分排膠，排膠不充分將直接影響到陶瓷的整體性能。除了起到脫膠作用外，還由于三氧化二硼的熔點(diǎn)為450°C，熔化的三氧化二硼會(huì)熔解二氧化鈦和碳顆粒，并在毛吸作用下，使得三氧化二硼、二氧化鈦、碳均勻分布于坯體中，在保溫700-800°C，保溫l_2h，最大程度上保證了上述物質(zhì)的分布均勻，同時(shí)由于毛吸作用的存在，導(dǎo)致該溫度下三氧化二硼不會(huì)大量以蒸汽的形式脫離坯體中，保證了后續(xù)高溫反應(yīng)中有足夠的三氧化二硼參與反應(yīng)；
[0046]然后以5-10°C /min的速度升溫到1450_1600°C，保溫4_6h，該過(guò)程中三氧化二硼、二氧化鈦與碳反應(yīng)得到二硼化鈦；該過(guò)程中必須嚴(yán)格控制升溫速率和反應(yīng)溫度，升溫速率過(guò)低，將導(dǎo)致液態(tài)的三氧化二硼大量散失，導(dǎo)致后續(xù)反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行；升溫速率過(guò)高，將導(dǎo)致微觀裂紋、陶瓷壞體開(kāi)裂等問(wèn)題；燒結(jié)溫度過(guò)低，將導(dǎo)致反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，燒結(jié)溫度過(guò)高，將導(dǎo)致三氧化二硼的蒸發(fā)速度過(guò)快，從而無(wú)法得到設(shè)定數(shù)量的二硼化鈦，進(jìn)而影響材料的性能。
[0047]本發(fā)明通過(guò)原位摻雜技術(shù)合成了 TiB2相，同時(shí)，通過(guò)合理地設(shè)置各工藝流程參數(shù)，減少了陶瓷內(nèi)部微觀缺陷，從物相與組織層面保證了復(fù)合陶瓷具有優(yōu)異的強(qiáng)度、硬度和韌性。除此之外，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)，有效地提升了氧化鋯復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能，并拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
[0048]總之本發(fā)明通過(guò)對(duì)原料氧化鈦、三氧化二硼進(jìn)行包覆碳處理、通過(guò)嚴(yán)格控制氧化鈦、三氧化二硼、以及包覆碳的質(zhì)量、通過(guò)嚴(yán)格控制壓制條件以及燒結(jié)條件，實(shí)現(xiàn)了在二氧化鋯基體上原位生成二硼化鈦，得到了硬度、強(qiáng)度、韌性俱佳的氧化鋯復(fù)合陶瓷。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0049]附圖1為實(shí)施例1所制備的氧化鋯復(fù)合陶瓷的掃描電鏡圖；
[0050]附圖2為附圖1中A區(qū)域的放大圖；
[0051]圖1、圖2中黑色部分為T(mén)iB2第二相，白色區(qū)域?yàn)槎趸啠瑥膱D1、圖2中可以看出TiB2第二相的粒徑分布從50-500nm不等，且均勻分布于陶瓷組織中。

【具體實(shí)施方式】
[0052]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，下述實(shí)施例用來(lái)解釋本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神與權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0053]實(shí)施例1
[0054]按質(zhì)量比，納米T12粉末:納米B2O3粉末=1.20:1，配取納米T12粉末(T12的粒度為50nm)和納米B2O3粉末(B2O3的粒度為50nm)；
[0055]然后按所配取的B2O3粉末和T12粉末總質(zhì)量與碳水化合物質(zhì)量之比為1:8配取鹿糖粉(鹿糖粉的粒度為200nm,其中C元素的質(zhì)量百分含量約為42.1% )；
[0056]接著將配取的T12粉末、B2O3粉末、蔗糖粉研磨混勻，在氬氣氣氛下升溫至200°C，保溫3h，進(jìn)行碳包覆預(yù)處理，獲得碳包覆改性的(Ti02+B203)混合粉體。將50nm納米粒徑的75.0wt.% ZrO2與25wt.%改性(Ti02+B203)混合粉體按質(zhì)量比稱量混合，置入氧化鋯球磨罐，以無(wú)水乙醇作為溶劑，球磨12小時(shí)。烘干球磨所得料漿，研磨后過(guò)200目篩；過(guò)篩后的粉末摻加2wt.%的聚乙烯醇(PVB)作為粘結(jié)劑，然后在20MPa成型壓力、保壓Imin壓制成型；將壓制的陶瓷壞體在管式爐中(在氮?dú)鈿夥障?以2°C/min升溫至300°C，保溫lh，而后已2°C /min升溫至700°C，保溫lh，充分脫膠；最后將脫膠后的試樣進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度14500C，升溫速率5°C /min,保溫時(shí)間4h，獲得最終陶瓷樣品。
[0057]制備的復(fù)合陶瓷樣品中，主相ZrO2約90.3%，第二相TiB2約為8.7%，以及Ti02、T1等其他微量物相。復(fù)合陶瓷樣品經(jīng)過(guò)力學(xué)測(cè)試，陶瓷的表面硬度1405.97HV，斷裂韌性為 12.22Mpa.πΓ1/2，抗彎強(qiáng)度為 356.844Mpa
[0058]實(shí)施例2
[0059]按質(zhì)量比，納米T12粉末:納米B2O3粉末=1.30:1，配取納米T12粉末(T12的粒度為300nm)和納米B2O3粉末(B2O3的粒度為300nm)；
[0060]然后按所配取的B2O3粉末和T12粉末總質(zhì)量與碳水化合物質(zhì)量之比為1:9配取蔗糖粉(蔗糖粉的粒度為500nm)；
[0061]接著將配取的T12粉末、B2O3粉末、蔗糖粉研磨混勻，在氬氣氣氛下升溫至350°C，保溫4h，進(jìn)行碳包覆預(yù)處理，獲得碳包覆改性的(Ti02+B203)混合粉體。將10nm納米粒徑的80.0wt.% ZrO2與20.0wt.%改性(Ti02+B203)混合粉體按質(zhì)量比稱量混合，置入氧化鋯球磨罐，以無(wú)水乙醇作為溶劑，球磨24小時(shí)。烘干球磨所得料漿，研磨后過(guò)200目篩；過(guò)篩后的粉末摻加3wt.%的聚乙烯醇(PVB)作為粘結(jié)劑，然后在30MPa成型壓力、保壓1.5min壓制成型；將壓制的陶瓷壞體在管式爐中(在氮?dú)鈿夥障?以4°C/min升溫至350°C，保溫
1.5h，而后已4°C /min升溫至750°C，保溫1.5h，充分脫膠；最后將脫膠后的試樣進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1500°C，升溫速率7V /min，保溫時(shí)間5h，獲得最終陶瓷樣品。
[0062]制備的復(fù)合陶瓷樣品中，主相ZrO2約93.7%，第二相TiB2約為5.7%，以及Ti02、T1等其他微量物相。復(fù)合陶瓷樣品經(jīng)過(guò)力學(xué)測(cè)試，陶瓷的表面硬度為1435.88HV，斷裂韌性為 13.30Mpa.πΓ1/2，抗彎強(qiáng)度為 320.324Mpa
[0063]實(shí)施例3
[0064]按質(zhì)量比，納米T12粉末:納米B2O3粉末=1.30:1，配取納米T12粉末(T12的粒度為500nm)和納米B2O3粉末(B2O3的粒度為500nm)；
[0065]然后按所配取的B2O3粉末和T12粉末總質(zhì)量與碳水化合物質(zhì)量之比為1:10配取葡萄糖粉(葡萄糖粉的粒度為700nm)；
[0066]接著將配取的T12粉末、B2O3粉末、葡萄糖粉研磨混勻，在氬氣氣氛下升溫至500°C，保溫5h，進(jìn)行碳包覆預(yù)處理，獲得碳包覆改性的(Ti02+B203)混合粉體。將300nm納米粒徑的90.0wt.% ZrO2與10.0wt.%改性(Ti02+B203)混合粉體按質(zhì)量比稱量混合，置入氧化鋯球磨罐，以無(wú)水乙醇作為溶劑，球磨24小時(shí)。烘干球磨所得料漿，研磨后過(guò)200目篩；過(guò)篩后的粉末摻加3wt.%的聚乙烯醇(PVB)作為粘結(jié)劑，然后在40MPa成型壓力、保壓2min壓制成型；將壓制的陶瓷壞體在管式爐中(在氮?dú)鈿夥障?以5°C/min升溫至400°C，保溫2h，而后已5°C /min升溫至800°C，保溫2h，充分脫膠；最后將脫膠后的試樣進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1600°C，升溫速率10°C /min，保溫時(shí)間6h，獲得最終陶瓷樣品。
[0067]制備的復(fù)合陶瓷樣品中，主相ZrO2約95.2%，第二相TiB2約為4.2%，以及Ti02、T1等其他微量物相。復(fù)合陶瓷樣品經(jīng)過(guò)力學(xué)測(cè)試，陶瓷的表面硬度為1411.90HV，斷裂韌性為 12.44Mpa.πΓ1/2，抗彎強(qiáng)度為 347.905Mpa
[0068]對(duì)比例1.
[0069]將分析純的50?300nm納米粒徑ZrO2粉末摻加3wt.%的聚乙烯醇(PVB)作為粘結(jié)劑，然后在30Mpa壓力、2min保壓時(shí)間下壓制成型；將壓制成型的陶瓷壞體在管式爐中以50C /min升溫至400°C，保溫2h，而后已5°C /min升溫至800°C，保溫2h，充分脫膠；最后將脫膠后的試樣在高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1500°C，升溫速率5°C /min，保溫時(shí)間3h，獲得最終陶瓷樣品。
[0070]陶瓷樣品經(jīng)過(guò)力學(xué)測(cè)試，陶瓷的表面硬度為1132.4HV，斷裂韌性為
I1.32Mpa.πΓ1/2，抗彎強(qiáng)度為 310.252Mpa
[0071]對(duì)比例2
[0072]按質(zhì)量百分比ZrO2 80.0%,B2O3 9.0%,Ti02 11.0%，配取 ZrO2 粉末(ZrO2 的粒度為10nm)、B2O3粉末(B2O3的粒度為300nm)、T12粉末(T12的粒度為300nm)
[0073]將配取的ZrO2粉末、B2O3粉末、T12粉末置入氧化鋯球磨罐，以無(wú)水乙醇作為溶劑，球磨24小時(shí)。烘干球磨所得料漿，研磨后過(guò)200目篩；過(guò)篩后的粉末摻加3wt.%的聚乙烯醇(PVB)作為粘結(jié)劑，然后在30MPa成型壓力、保壓1.5min壓制成型；將壓制的陶瓷壞體在管式爐中以4°C /min升溫至350°C，保溫1.5h，而后已4°C /min升溫至750°C，保溫1.5h，充分脫膠；最后將脫膠后的試樣進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1500°C，升溫速率7V /min，保溫時(shí)間5h，獲得最終陶瓷樣品。
[0074]未經(jīng)過(guò)碳包覆處理，高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中沒(méi)有碳熱還原-原位合成第二相的相變發(fā)生，復(fù)合陶瓷樣品經(jīng)過(guò)力學(xué)測(cè)試，陶瓷的表面硬度為1003.5HV，斷裂韌性為8.74Mpa.m_1/2，抗彎強(qiáng)度為287.233Mpa。
[0075]對(duì)比例3
[0076]按質(zhì)量百分比Zr02 80.0%, B203 9.0%, Τ?02 11.0%,配取 Zr02 粉末(Zr02 的粒度為10nm)、B203粉末(B203的粒度為300nm)、Ti02粉末(Ti02的粒度為300nm);然后按Ti02粉末質(zhì)量的75.0 %配取粒度為500nm的C粉；
[0077]將配取的Zr02粉末、B203粉末、Ti02粉末、C粉置入氧化鋯球磨罐，以無(wú)水乙醇作為溶劑，球磨24小時(shí)。烘干球磨所得料衆(zhòng),研磨后過(guò)200目篩；過(guò)篩后的粉末摻加3wt.%的聚乙烯醇(PVB)作為粘結(jié)劑，然后在30MPa成型壓力、保壓1.5min壓制成型；將壓制的陶瓷壞體在管式爐中以4°C /min升溫至350°C，保溫1.5h，而后已4°C /min升溫至750°C，保溫1.5h，充分脫膠；最后將脫膠后的試樣進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度150(TC，升溫速率TC/min，保溫時(shí)間5h，獲得最終陶瓷樣品。
[0078]不通過(guò)碳包覆改性處理，而是直接將前驅(qū)體與C粉混合，在陶瓷樣品中可檢測(cè)到明顯的C等新增雜質(zhì)相，復(fù)合陶瓷樣品經(jīng)過(guò)力學(xué)測(cè)試，陶瓷的表面硬度為1278.1HV，斷裂韌性為 10.34Mpa.πΓ1/2，抗彎強(qiáng)度為 311.367Mpa。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化鋯復(fù)合陶瓷，其特征在于:按質(zhì)量百分比包括下述組分:
ZrO2 90.0-96.5% ；
TiB2 3.0-9.5% ； 其它不可避免雜質(zhì)的總量<I%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋯復(fù)合陶瓷，其特征在于:所述TiB2通過(guò)原位生成并均勻分布于ZrO2基體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氧化鋯復(fù)合陶瓷，其特征在于:所述TiB2的顆粒尺寸為50_500nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種氧化鋯復(fù)合陶瓷，其特征在于:所述氧化鋯復(fù)合陶瓷的表面硬度為1405-1436HV，斷裂韌性為11.22-13.30Mpa.πΓ1/2，抗彎強(qiáng)度為320_357Mpao
5.一種制備權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種氧化鋯復(fù)合陶瓷的方法，其特征在于包括下述步驟: 步驟一 按質(zhì)量比T12 =B2O3 = 1.2-1.5:1配取B2O3粉末、T12粉末； 然后按所配取的B2O3粉末和T12粉末總質(zhì)量與碳水化合物質(zhì)量之比為1:8-10配取碳水化合物； 將配取的B2O3粉末、T12粉末以及碳水化合物混合均勻后，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，得到改性的混合粉末；所述燒結(jié)的溫度為200-400°C ； 步驟二 按質(zhì)量百分比ZrO2 75.0-90.0 %、改性的混合粉末10.0-25 %，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(jié)，得到氧化鋯復(fù)合陶瓷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備氧化鋯復(fù)合陶瓷的方法，其特征在于:所述ZrO2粉末的粒度為50-800nm ；所述B2O3粉末的粒度為50_800nm，所述T12粉末的粒度為50_800nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備氧化鋯復(fù)合陶瓷的方法，其特征在于:所述碳水化合物選自蔗糖、葡萄糖中的一種；所述碳水化合物顆粒的粒度為200-900nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備氧化鋯復(fù)合陶瓷的方法，其特征在于，步驟一中: 所述改性的混合粉末由表面均勻包覆有C的T12粉末與表面均勻包覆有C的B2O3粉末混合組成； 所述改性的混合粉末的粒度為0.1-1.0 μ m ; 所述保護(hù)氣氛選自IS氣氣氛、氮?dú)庵械囊环N； 所述燒結(jié)的時(shí)間為3-7h。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備氧化鋯復(fù)合陶瓷的方法，其特征在于:步驟二中，將配取的ZrO2粉末、改性的混合粉末放入氧化鋯球磨罐中，以無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，控制球磨轉(zhuǎn)速為200-300r/min，球磨12_36h后，對(duì)所得漿料進(jìn)行干燥處理得到混合粉末A。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備氧化鋯復(fù)合陶瓷的方法，其特征在于，步驟三中: 所述壓制成型是:取-200目的混合粉末A ;加入占所取混合粉末A質(zhì)量2-4%的粘結(jié)齊U，混合均勻后，在20-40Mpa保壓l_2min，得到壓壞；所述粘結(jié)劑選自聚乙烯醇、聚乙烯縮丁醛中的一種； 所述燒結(jié)是:將壓坯置于燒結(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣氛下，先以2-5°C /min的速度升溫到300-4000C，保溫l_2h，然后再以2-5°C /min的升溫速度升溫至700_800°C，保溫l_2h ;接著以5-10°C /min的速度升溫到1450-1600°C，保溫4_6h后隨爐冷卻至室溫；得到所述氧化鋯復(fù)合陶瓷；燒結(jié)時(shí)所用保護(hù)氣氛選自氮?dú)鈿夥?、IS氣氣氛中的一種。
【文檔編號(hào)】C04B35/48GK104261822SQ201410481731
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】周宏明, 姜桂, 賈洋, 夏慶路 申請(qǐng)人:中南大學(xué), 株洲市創(chuàng)銳高強(qiáng)陶瓷有限公司