本發(fā)明涉及一種制備成分、微觀結構和屬性可控的氧化鋯基多相陶瓷復合材料的方法。

背景技術：

目前，由于具有極好的力學性能（斷裂強度、抗彎強度、硬度、耐磨性能）和物理化學性能（光學性能、生物相容性、耐蝕性），可以應用于生物化學領域，因此四方晶相穩(wěn)定氧化鋯是一種具有巨大工業(yè)效益的工藝陶瓷。例如氧化釔穩(wěn)定氧化鋯材料(Y-ZrO₂)具有一很高的抗彎強度、一高的硬度和斷裂強度。但是這種材料在水熱條件（低溫潮濕）下會產(chǎn)生劇烈的降等現(xiàn)象，以至于嚴重限制了由氧化釔穩(wěn)定氧化鋯材料制成的生物裝置或者機械部件的性能和壽命。

另一種替代氧化釔穩(wěn)定氧化鋯材料的氧化鈰穩(wěn)定氧化鋯(Ce-ZrO2)材料不存在這種老化現(xiàn)象，但是具有一比Y-ZrO2更大的晶粒和一由此帶來的較低的斷裂韌性。近期的科技文獻表明使用一種或多種的陶瓷強化相可以解決這個問題，其中一種具有等軸型相（其作用是限制Ce-ZrO在燒結周期中的生長并由此增強斷裂韌性）和一種具有細長型相（在裂紋偏轉效應中進一步增強材料強度）。

近期的文獻進一步表明在氧化鋯中加入特定第二相或者鋁和鎂尖晶石和一細長態(tài)的第二相、其他復合鋁酸鹽或者其他具有磁性結構的相可以獲得極好的力學性能。

然而具有細長相的化學組成一般比較復雜：尤其，這種化學組成材料的加工和性能已經(jīng)被一些在先專利所公開，其中尤其是：

W02008/040815 和 US2009/0292366專利公開了利用具有細長形態(tài)的氧化鋁和鋁酸鹽的鑭系常規(guī)REAl₁₁O₁₈化合物（其中RE指稀土金屬）制備氧化鋯基復合陶瓷（由氧化釔或氧化鈰穩(wěn)定均可）。這種材料通過混合氧化物、噴霧制粉、壓胚和燒結得到，其抗裂性能≥800Mpa (DIN EN ISO 6872)，斷裂強度≥6Mpa.m^1/2 (DIN CEN/TS 14425-5)，彈性模量≤250 GPa (DIN EN 843 Part 2)，硬度 (HV_0.5) ≤1500 (DIN 50113)。所得材料可用于生物醫(yī)學領域，比如可用于牙齒，臀部，膝蓋，肩膀或手指的假體。

JP5301767的專利公開了氧化鋯基復合材料（由二氧化鈰穩(wěn)定），氧化鋁，鑭系鋁酸鹽和氧化錳的制備方法，具有更強的耐彎折和斷裂韌性。鑭系鋁酸鹽通過混合草酸鑭和過渡性氧化鋁并鍛燒，然后加入其它合成氧化物的混合物來制成。專利WO2011/000390 和 US2012/0163744公開了氧化鋯基復合材料（由氧化釔和氧化鈰穩(wěn)定）、氧化鋁和棒狀金屬鋁酸鹽類的制備方法和力學性能。這種復合材料通過霧化含有三種氧化物或者氧化鋯、氧化鋁和一種鋁酸鹽的前驅體懸浮液，再壓胚和燒結得到。

現(xiàn)有技術公開了通過機械混合組成相的粉末得到復合材料的全部工藝。

此外，與三相系統(tǒng)有關的現(xiàn)有技術方法（比如氧化鋁-氧化鋯-YAG系統(tǒng)）不能確定必要的穩(wěn)定劑含量，以在室溫下得到四方相氧化鋯及隨后的立方相穩(wěn)定體，從力學性能角度看益處不大。因此，這種材料力學性能有限，很難在工業(yè)上進行應用。

現(xiàn)有技術進一步公開了陶瓷粉末的表面改性工藝以合成復合粉末，特別地：

專利US2012/0238437公開了一種通過使用第二相的有機前驅體對氧化鋁或者氧化鋯表面改性以及通過金屬醇鹽和羥基聚合物粒子進行表面反應得到合成氧化鋁-氧化鋯體系納米復合物的工藝。此種工藝揭示了利用有機前驅體和有機分散/增溶劑的途徑，比如純乙醇。另外，公開的工藝只能制備雙相復合物并產(chǎn)生“共同的”微觀結構，其中所有的相具有等軸形貌；

US7407690公開了一種使用硫酸對二氧化鈦粉末處理進行表面的化學-物理改性的方法，以誘導磷酸鈦的表面層的形成。然后在懸浮液中加入強堿（KOH），將磷酸鹽轉變?yōu)殁佀徕?K2TiO₃)。這種工藝還可以使用酸化步驟（HCl）來將表面鈦酸鹽轉變?yōu)橥ㄊ綖門i(OH) ₄的水合凝膠層。這種產(chǎn)品可以干燥，或者繼續(xù)摻雜（與金屬，如鹽或膠體狀或有機化合物），進一步形成在二氧化鈦顆粒上具有不同成分的表面層。這種工藝主要基于二氧化鈦的表面沉積形成凝膠層的機理，可以進一步地進行有機/無機的摻雜。另外當氧化鋁或者氧化鋯作為基體材料，這些公開工藝須要包括磷酸鈦的表面層的形成。

因此使用表面改性來獲得不同性能的復合粉末的工藝已經(jīng)被廣泛公開。但是，很少有工藝通過化學-物理方法或沉積法形成外層來獲得復合粉末，其中一第二相的有機或無機先驅體沉積在表面，并在合適的熱處理條件下，轉化為最終相。

制備復雜陶瓷系統(tǒng)的工藝在本領域中已被公開，但是仍然存在成分和微觀結構控制的技術難題沒有解決。基于以上的結果，兩相或多相復合陶瓷一般通過傳統(tǒng)的機械混合粉末（或者先驅體，一般為氧化物粉末的形式）來制備，所制備的產(chǎn)物在純度、微觀結構控制、氧化鋯穩(wěn)定性上有很大的限制，為了解決這些問題，現(xiàn)有技術提供了一種濕法合成工藝（溶膠-凝膠，共沉淀等），但是會引起初級粒子的嚴重團聚，并且在工業(yè)應用時，很難得到實驗狀態(tài)下獲得的形貌。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決以上現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明的目的是提供一種制備復合和納米復合陶瓷材料、尤其制備氧化鋯基氧化物陶瓷（優(yōu)選地由氧化鈰穩(wěn)定）的方法，包括2種或多種二次相，所述二次相以增強氧化鋯的力學性能、耐久性和穩(wěn)定性為目的進行優(yōu)選，從而獲得可以應用于多種環(huán)境（生物領域、機械零件、切削工具等）的材料和零件。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種可嚴格控制和調節(jié)多種參數(shù)的氧化鋯基多相復合陶瓷的制備方法，比如氧化鋯基體中的穩(wěn)定用氧化物的含量、化學成分的相態(tài)和形態(tài)、材料微觀結構、最終的（物理、光學、力學）性能。

進一步地，本發(fā)明的目的是提供一種氧化鋯基多相復合陶瓷的工藝，其既可確保氧化鋯基體中的穩(wěn)定劑濃度在0.1%（或更低）的變異率，同時即使在多陽離子相的情況下仍可得到設計純度和計量的全部最終相。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備接觸和混合程度比現(xiàn)有文獻公開的更窄的氧化鋯基多相復合陶瓷的工藝，因為僅氧化鋯基體以粉末狀（優(yōu)選納米級）分散于溶解有第二項金屬鹽的水介質中。進一步地，本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備氧化鋯基多相復合陶瓷的工藝，此工藝包括能得到“軟”顆粒的干燥步驟，由于不含聚合物，所以能更輕易地分散在水性懸浮液中。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備氧化鋯基多相復合陶瓷的工藝，通過優(yōu)化一些工藝參數(shù)，比如混合有陶瓷懸浮液的水溶液的化學成分、同溶液和懸浮液的濃度、摻雜粉末的預熱處理，可以方便控制、調節(jié)成分、微觀粉末參數(shù)，以根據(jù)不同的應用領域來優(yōu)化最終得到材料的性能。

下述說明中的本發(fā)明的上述及其他技術目的和有益效果是通過權力要求1中的工藝得到的。優(yōu)選的具體實施方式和非創(chuàng)造性的改變均落入本發(fā)明保護范圍。

全部權利要求為本說明書不可缺少的部分。

顯而易見的修改和調整（例如涉及形狀、尺寸、排布和相同功能部件）可直接從本說明書中得到的，均落入本申請的保護范圍。

具體實施方式為更好說明本發(fā)明，根據(jù)權利要求書提供列舉但不局限于列舉，其中：

- 圖1為本發(fā)明制備工藝一個步驟的燒結材料的微觀結構；

- 圖2為圖1中的燒結材料的一個TEM顯微圖片；

- 圖3為圖1和圖2中的燒結材料X射線衍射圖譜；

- 圖4為鈰含量的變化與抗彎強度和斷裂韌性的關系曲線；

- 圖5a和5b分別為另一本發(fā)明制備的燒結材料的低倍率和高倍率的SEM圖片；以及

- 圖6a和6b分別為另一本發(fā)明制備的燒結材料的低倍率和高倍率的SEM圖片。

尤其的，氧化鋯基多相陶瓷復合材料的制備工藝包括如下步驟：

a)制備至少一種陶瓷懸浮液A，通過將至少一種氧化鋯陶瓷粉末分散于至少一種水介質中以得到至少一種所述復合材料的母體；

b)制備至少一種包括一種或多種無機鹽先驅體的水溶液B，并將所述水溶液B加入所述陶瓷懸浮液A中以表面改性所述氧化鋯陶瓷粉末同時得到至少一種改性懸浮液C；

c)快速干燥所述改性懸浮液C以得到至少一種改性粉末D；

d)熱處理所述改性粉末D以得到至少一種表面涂覆有第二相的氧化鋯粉末；以及

e)成型加工所述表面涂覆有第二相的氧化鋯粉末。

優(yōu)選地，本發(fā)明工藝的步驟a) 中氧化鋯陶瓷粉末具有納米晶體結構且，方便的，可以市場購買獲得。陶瓷氧化鋯粉末可以是純氧化鋯，即無穩(wěn)定的氧化物，或包含一種或多種穩(wěn)定劑的固溶體，優(yōu)選氧化鈰，或氧化釔，或添加有一種或多種其他穩(wěn)定劑的氧化鈰或添加有一種或多種穩(wěn)定劑的氧化釔。如果使用氧化鈰，可以一在5%至15%之間的相對氧化鋯的摩爾比率添加。如果使用氧化釔，可以一在1%至10%之間的相對氧化鋯的摩爾比率添加。優(yōu)選地，氧化鋯陶瓷粉末具有納米或亞微米級晶粒尺寸。

優(yōu)選地，水介質為去離子水且所述氧化鋯陶瓷粉末以一粉末：水在1:1至1:20之間的質量比率分散在所述去離子水中。

優(yōu)選地，所述步驟a)進一步包括使用至少一磨球機以粉末：磨球以一在1:1至1:20之間的質量比率分散水介質-陶瓷粉末懸浮液的子步驟a1)。最優(yōu)地，子步驟a1)持續(xù)足夠的時間保證分散充分，優(yōu)選時間在1至50小時之間。

更優(yōu)選地，所述步驟a)包括設定所述陶瓷懸浮液pH值并在整個本發(fā)明工藝的步驟a)中保持所述值的子步驟a2)：由此，pH值應合理選擇，以保證不會發(fā)生、即使部分發(fā)生粉末與/或氧化鋯粉末溶解。根據(jù)選用的氧化鋯粉末和第二相，pH值設定為一在2至12的范圍中，并在整個分散過程中，保持pH值不變，本發(fā)明工藝的步驟a)中在合適的pH值下，混合物進行充分分散，得到陶瓷懸浮液A。

特別地，本發(fā)明工藝的步驟b)中制備得到一水溶液B，所述水溶液B包括第二相的金屬無機前驅體，其在最終的復合材料中被成型。優(yōu)選的，所述前驅體包括一種或多種無機鹽，特別可選無水或水合氯化物、硝酸鹽。所述無機前驅體包括鈰鹽、釔鹽、鋁鹽、鎂鹽、鍶鹽、鑭鹽和/或錳鹽。水溶液B優(yōu)選地具有一在1至500g/L之間的濃度，且水溶液的pH值需要嚴格控制以避免產(chǎn)生、即使部分產(chǎn)生氫氧化物和其他固體的沉淀。特別地，步驟b)包括子步驟b1)，所述子步驟b1)為逐滴將水溶液B加入到所述陶瓷懸浮液A中，后形成者保持電磁攪拌。在整個將水溶液B添加入陶瓷懸浮液A中以獲得改性懸浮液C的子步驟b1)中，步驟b)還包括子步驟b2)，子步驟b2)為準確核對陶瓷懸浮液A的PH值，防止氧化鋯粉末（或者氧化物穩(wěn)定劑）在一側溶解，而金屬鹽在另一側沉淀。

特別地，本發(fā)明工藝的步驟c)中，控制迅速干燥所述改性懸浮液C。優(yōu)選的，步驟c)包括子步驟c1)，子步驟c1)為將懸浮液C以一約在80℃至200℃之間的溫度下霧化：由此，所述步驟c1)中提供至少一個裝有所述改性懸浮液C的霧化器的噴嘴，所述噴嘴用于將改性懸浮液C轉化成為一種氣溶膠微滴。霧化步驟c1)，以一在80℃至200℃之間的溫度下進行，可以保證懸浮液C水溶劑的蒸發(fā)過程時間很短，在毫秒數(shù)量級得到改性粉末D。此種工藝下，改性粉末D為球形形態(tài)顆粒，表面均勻覆蓋有包含前驅體的第二相。此表面層具有無定形特性。

特別地，本發(fā)明工藝的步驟d)中，加熱改性粉末D主要有兩個目的：一是熱解之前步驟a)、b)和c)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，另一個目的是將覆蓋氧化鋯陶瓷粉末的表面層轉化為無定形形態(tài)，并且保證包含有金屬無機先驅體的第二相，且具有一定的結晶度。為了實現(xiàn)第一個目的，所述步驟d)包括第一次熱處理的子步驟d1)，所述子步驟d1)為以一在200至800℃之間的溫度、一在1至20小時之間的時間、一1至20℃/min的冷卻和升溫速率中加熱改性粉末D。為了實現(xiàn)第二個目的，所述步驟d1)還包括在子步驟d1)后的第二次熱處理的子步驟d2)，所述子步驟d2)為將所述子步驟d2)加熱后的粉末再以一在500至1300℃之間的溫度、一在1至20h之間的時間、一在1-20℃/min的冷卻和升溫速率中加熱。本發(fā)明工藝步驟d)中、尤其是子步驟d1)和d2)中得到的產(chǎn)物表面覆蓋不定型的、結晶的或者部分不定型的、結晶的第二相，如果產(chǎn)物表面為結晶形態(tài)，在最終形態(tài)中可以具有相對穩(wěn)定的成分，特別地，這種表面覆蓋相對較軟的顆粒的氧化鋯粉末可以輕易分散在水性介質中（比如通過球磨5~50h）。

特別地，成型處理表面包覆有第二相的氧化鋯粉末的步驟e)包括子步驟e1)，所述子步驟e1)為干法成型或濕法成型所述表面包覆第二相的氧化鋯粉末，步驟e)還包括子步驟e1)后的子步驟e2)，所述子步驟e2)為自然燒結，所述自然熔結為在空氣和大氣壓力下進行燒結。自然燒結的熱循環(huán)可以被嚴格控制，因此可以得到具有可控熱力學密度和最終微觀結構的陶瓷。

本發(fā)明通過以下實施例進行進一步說明，但不限于以下實施例。

如下實施例是調整不同的參數(shù)，比如調整鹽溶液的化學組成，溶液中金屬鹽的濃度和陶瓷的燒結過程以得到不同的成分、微觀結構、形態(tài)、物理、力學參數(shù)等來進一步闡述本發(fā)明。該檢驗是通過簡易工藝參數(shù)但定向執(zhí)行的，例如鹽水溶液的化學成分、同一溶液中一些金屬鹽的濃度、生材陶瓷的燒結周期。

本發(fā)明以上和其他優(yōu)點會在以下的實施例中說明，本發(fā)明的從屬權利公開了較優(yōu)的參數(shù)和優(yōu)選的方案。

顯而易見的變化和修改（例如有關形狀，大小，順序和具有等效功能的部分）而不背離本發(fā)明的原理，均在本發(fā)明的范圍內。

實施例1說明了作為穩(wěn)定劑的氧化鈰的含量對最終燒結材料的物理化學性能的影響，特別地，調整氧化鈰的含量可以調節(jié)力學性能（硬度，抗彎強度，斷裂韌性）和物理性能（氧化鋯的轉變性能和在水熱環(huán)境下的穩(wěn)定性），最終得到性能優(yōu)異的復合陶瓷材料。

本發(fā)明的制備工藝可以形成第二和第三相，通過步驟d)和e)合適的預熱處理和或燒結工藝，這些相類似地結晶在氧化鋯粉末的表面，這些在實施例2種進行了說明，特別指出了步驟e2)的燒結工藝對復合陶瓷材料的微觀結構和形態(tài)變化的影響，可能與步驟d)中的熱處理工藝的機理有關。

具體實施例

實施例1：

配制質量分數(shù)為33%的懸浮溶液，懸浮液中含100g市售氧化鈰穩(wěn)定的氧化鋯粉末（使用10摩爾％的氧化鈰來穩(wěn)定氧化鋯），含有氧化鋯粉末的懸浮液通過球磨粉碎約15小時，球磨使用的氧化鋯球（直徑為2毫米，氧化鋯粉末：氧化鋯球的重量比為1：8）。懸浮液通過加入稀鹽酸調節(jié)pH為3。

制備四份水溶液，每一份中都含有九水硝酸鋁、硝酸鍶和硝酸鈰銨，其中九水硝酸鋁和硝酸鍶的濃度保持不變，硝酸鈰銨濃度則逐漸增加。四份溶液中的金屬鹽濃度如表1所示。

表1：

這四份金屬鹽溶液加入到適量的氧化鋯陶瓷懸浮液中，混合液在磁力攪拌器上攪拌2小時后，然后通過噴霧干燥器干燥，使用的噴霧溫度為140℃，干燥所得的粉末經(jīng)過兩個階段的熱處理，第一階段在600℃下處理1小時，第二階段在1150℃下處理30分鐘。

經(jīng)過熱處理的粉末進一步送入球磨機中球磨，加入去離子水作為分散介質，使用由氧化鋯制成的球磨球粉碎。在四份配方中加入市售分散劑（Duramax D3005），分散劑的濃度為3%（以氧化鋯粉末的重量計算），然后將四種懸浮液注入氧化鋁制的多孔模具中。從多孔模具中獲得的生瓷在特定的溫度和適度中干燥一個星期后，在1450℃進行1小時的燒結周期，以達到恒定質量。因制作過程中使用的配方不同，燒結材料依次稱為1A,1B,1C和1D。

燒結的材料進行下列物理性質表征：

1）對燒結材料及進行密度測定，根據(jù)阿基米德定律，按照ASTM C373-88 (2006) 標準測定。

2)利用X-射線衍射（DRX）分析燒結材料的晶相，同時此分析應用Toraya關系式，也可以測量燒結材料表面單斜氧化鋯的百分數(shù)Xm和含量體積Vm。

其中I_X為各相x的衍射峰峰強，x為單斜相（m）或四方相（t）。

可以在材料的斷裂表面進行相同的分析，此分析測出氧化鋯四方相向單斜相轉變程度，這個程度可以通過下列公式計算得出：

其中(V_m)_t和(V_m)_p分別代表材料斷裂表面和完整表面的單斜氧化鋯含量。

3)通過掃描電子顯微鏡（SEM）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）和透射電子顯微鏡（TEM）進行微觀結構分析。

4） 根據(jù)IS013356標準，對氧化鋯在水熱條件下的穩(wěn)定性進行測量，在高壓鍋（壓力為2bar，蒸汽溫度為134±2℃)中處理5小時。同樣的，對處理過的材料進行DRX分析，測量單斜氧化鋯在處理后的含量變化。

此外，對該材料進行機械表征：

1）維氏硬度，使用TESTWELL FV700維氏硬度計測量，負載為5-30千克力；

2）抗彎曲強度，按照ISO 6872：2008(E)標準測量，燒結材料樣品直徑大約12mm，厚度約1.2mm；

3）斷裂強度，按照ISO 6872：2008(E)標準測量，測量樣品為相同尺寸大小的燒結材料，尺寸約為40mm×4mm×3mm。

微觀結構分析結果表明，本發(fā)明描述的制備過程可獲得微結構均勻性高的復合燒結材料。圖1是燒結材料1C的微觀結構，可以很明顯看到所有的氧化鋯基相均勻分布，此外微結構中基相（圖1中較亮部分）和第二相（圖1中較暗部分）均沒有團聚體生成。進一步觀察可得，氧化鋯基尺寸合適且均勻，第二相具有兩種不同的形態(tài)，一種等軸粒狀形態(tài)，一種粒狀細長形態(tài)。

圖2為燒結材料1C通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡獲得的微觀結構，從這個圖中，我們可以更清晰地看到基相和第二相的尺寸與形態(tài)。此外，在進行微觀分析的同時，使用納米探針進行化學組分分析?；瘜W組分分析可以確定圖2中較亮部分基相（A）由鋯、鈰和氧元素組成，較暗部分呈粒狀等軸形態(tài)的相（B）由鋁和氧元素組成，較暗部分呈粒狀細長形態(tài)的相（C）由鋁、鍶和氧元素組成。從這些結果中可以確定，在這個復合材料中，具有三種陶瓷相：氧化鈰穩(wěn)定的氧化鋯相、氧化鋁相和鋁酸鍶相。

通過微觀結構和圖像分析，得到燒結材料的微結構參數(shù)，如表2所示，可以看出四種材料的微結構參數(shù)相似，四種材料的二氧化鋯和氧化鋁顆粒尺寸大小，鋁酸鍶形成的細長粒狀物平均長度和形狀系數(shù)（細長體的長度與寬度之比）大小幾乎一致。

表2

DRX分析結果進一步確定燒結材料是由氧化鋯、氧化鋁和鋁酸鍶三相組成。圖3是材料1C的衍射光譜，光譜中有經(jīng)鑒定的結晶相峰，包括四方氧化鋯相、單斜氧化鋯相、氧化鋁相和鋁酸鍶相。DRX分析得出燒結材料表面單斜氧化鋯的含量很低（ V_m在0.03-0.15之間）。

表3為燒結材料的一些物理和機械參數(shù)。不同鈰含量的材料抗彎曲強度與斷裂強度之間的關系如圖4所示，可以看出，燒結材料1C不僅具有最優(yōu)的機械性能（抗彎曲強度和斷裂強度最大），也有最優(yōu)的物理性能（在受力時氧化鋯四方相轉變?yōu)閱涡毕嗟某潭茸畲?，且在水熱條件中無降解，見表3數(shù)據(jù)）。

實施例1表明，根據(jù)本發(fā)明的制備方法，可以在可控范圍內對組合物參數(shù)進行調整，進而有效地提高多相氧化鋯陶瓷復合物的機械和物理性能。表3

實施例2

配制質量分數(shù)為33%的懸浮溶液，懸浮液中含100g市售氧化鈰穩(wěn)定的氧化鋯粉末（使用10mol％的氧化鈰來穩(wěn)定氧化鋯），含有氧化鋯粉末的懸浮液通過球磨粉碎約15小時，球磨使用的氧化鋯球直徑為2毫米，氧化鋯粉末：氧化鋯球的重量比為1：8。懸浮液通過加入稀鹽酸調節(jié)pH為3。

制備一份水溶液，其中含有九水硝酸鋁、水合硝酸鎂、鈰和硝酸鈰銨，四種溶液配方中的金屬鹽濃度如表4所示。

表4

把金屬鹽溶液加入到適量的氧化鋯陶瓷懸浮液中?；旌弦涸诖帕嚢杵魃蠑嚢?小時后，通過噴霧干燥器干燥，使用的噴霧溫度為140℃，干燥所得的粉末經(jīng)過兩個階段的熱處理，第一階段在600℃下處理1小時，第二階段在1150℃下處理30分鐘。

經(jīng)過熱處理的粉末進一步送入球磨機中球磨，加入去離子水作為分散介質，使用由氧化鋯制成的球磨球粉碎。在配方中加入市售分散劑（Duramax D3005），分散劑的濃度為3%（以氧化鋯粉末的重量計算）。把懸浮液注入氧化鋁制的多孔模具中。從多孔模具中獲得的生瓷在特定的溫度和適度中干燥一個星期。生瓷經(jīng)歷兩個不同的燒結周期，以達到恒定質量：

燒結材料2A 在1350℃進行2小時的燒結處理；

燒結材料2B 在1400℃進行1小時的燒結處理。

對燒結材料物理、機械性質以及微觀結構進行表征，表征手段如實施例1。

圖5a和圖5b為燒結材料2A的微結構（不同放大倍數(shù)圖），從圖中可以看出，陶瓷基的第二相具有均勻的微觀分布，且其中有少量的細長形態(tài)體分布，這些細長形態(tài)體長度為幾微米。

圖6a和圖6b為燒結材料2B的微結構（不同放大倍數(shù)圖），從圖中可以看出，陶瓷基的第二相具有均勻的微觀分布，且其中有大量的細長形態(tài)體分布，這些細長形態(tài)體長度為幾微米，形態(tài)系數(shù)高。

兩種材料微觀結構的差異如表5所示，包括兩者二氧化鋯和氧化鋁顆粒尺寸大小，鋁酸鍶形成的細長粒狀物平均長度和形狀系數(shù)（細長體的長度與寬度之比）大小差異。

表6為燒結材料的機械和物理參數(shù)。

表5

表6

實施例2的目的在于表明燒結周期與微觀結構形成的關系。可以注意到，經(jīng)歷1400℃/h燒結周期的材料具有更優(yōu)異的機械性能，其微觀結構中存在大量由鋁酸鍶形成的細長形態(tài)體，且形態(tài)系數(shù)很高。進一步說明，使用本發(fā)明的制備過程使得這些微觀結構表征成為可能，可以通過微結構觀察到第二相的形成，且通過合適的熱處理可以調節(jié)復合材料的結構。

很明顯，本發(fā)明的制備過程與現(xiàn)有技術對比，具有若干優(yōu)點：

（1）生產(chǎn)更復雜的陶瓷材料，同時控制氧化鋯穩(wěn)定材料的濃度、數(shù)量、成分以及第二相的形態(tài)，獲得的陶瓷復合物具有更強的物理和機械性能；

（2）在確保穩(wěn)定氧化鋯材料的含量在準確范圍內時，陶瓷材料可能獲得四方晶相。要獲得這樣的效果，pH的控制至關重要，必須控制在精準范圍內。只有pH值在一定范圍內，氧化鋯基體和穩(wěn)定其的氧化物的液體介質才會形成一種平衡，在這種平衡下金屬鹽（第二相形成的前驅體）被完全離解成離子而不是全部、甚至部分的溶解。達到這平衡，可確定氧化鋯種的氧化鈰含量和、由此的最終力學性能；

（3）對鹽離子溶液（第二相形成的前驅體）與陶瓷納米顆粒（復合材料基）懸浮液的混合進行嚴格控制，陶瓷納米顆粒在此混合液中解團聚，能夠確保第二相均勻地分布在陶瓷基中。如果將陶瓷氧化物或陶瓷粉與一種沉淀（比如氫氧化物）作為第二相一起混合，則第二相不會均勻分布在陶瓷基中；

（4）混合干燥產(chǎn)物通過快速干燥技術（“瞬時”）脫水形成“凍結”的均勻結構，使溶質霧化、溶劑瞬間蒸發(fā)。此快速干燥技術防止無機第二相前驅體間的分離，這種分離會發(fā)生在使用烘箱的慢速干燥過程中，而烘箱是復合物或粉末的常規(guī)干燥方法。本發(fā)明制備過程通過嚴格控制混合體系以及干燥過程，使復合物的微觀結構均勻性高，各相具有良好的分布態(tài)，且沒有團聚體生成；

（5）陶瓷基在水介質中利用第二相前驅體物—金屬鹽離子進行表面改性，這種表面改性技術不同于使用有機物（醇鹽、醋酸鹽等）對陶瓷基進行包衣的表面改性技術，也不同于需要有機溶劑參與的凝膠表面改性技術。此表面改性技術簡單易操作，可適用于工業(yè)化生產(chǎn)；

（6）這種表面改性技術首次應用于制備多相陶瓷基體系（三相或者更多相）中，獲得的復合材料具有特殊的微觀結構（含有第二相，且第二相具有細長形態(tài)）和復雜的化學組成（具有多種陽離子的第二相，具有精確穩(wěn)定劑含量的氧化鋯）。事實上，即使通過本發(fā)明制備方法獲得的化學組分被認為不是創(chuàng)新本身，現(xiàn)有技術僅僅通過“標準”的機械粉碎過程以及在高溫條件下以固體狀態(tài)反應來獲得產(chǎn)品，不能精確控制產(chǎn)品的微觀結構（顆粒尺寸和分布，相的形成）和產(chǎn)品純度；

（7）本發(fā)明制備方法是通用的，可以根據(jù)需要，獲得范圍廣的組分和微觀結構；

（8）通過調節(jié)鹽溶液中的化學組分以及控制pH在合適的范圍內，可以檢測氧化鋯中的氧化鈰含量（降至0.1%的變異率或者更少）并且在合適的化學計量學下獲得全部增強相；

（9）氧化鋯基復合物材料具有優(yōu)良的機械性能，增加材料可靠性和耐久性。此外，本發(fā)明的制備方法通用的，能夠通過控制一些工藝參數(shù)，來調節(jié)產(chǎn)品的物理和機械性能，在生產(chǎn)過程中，可以根據(jù)特定的應用領域來優(yōu)化產(chǎn)品性能；

（10）本發(fā)明的制備方法能夠輕松實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，它的工藝步驟簡單，使用的技術和儀器也都是常規(guī)型。此外，所有的工藝步驟都是在水介質中進行，避免了有機溶劑的使用，可以有效降低生產(chǎn)成本以及減少環(huán)境污染。

（11）組合物的參數(shù)調節(jié)發(fā)生在一個工藝步驟中，通過調節(jié)鹽溶液濃度而不是修改工藝本身來達到此效果。獲得的粉末能夠良好地分散在水溶液中，分散良好無團聚的粉末在使用普通爐（普通大氣，沒有加壓）和中等溫度（1200℃-1600℃）燒結時，燒結材料能夠形成致密結構。