本發(fā)明屬于材料制備工藝技術領域，具體涉及一種高致密高強度氧化鋯導電陶瓷及其制備方法。

背景技術：

導電陶瓷材料是指陶瓷材料中具備離子導電、電子/空穴導電的一種新型功能材料，導電陶瓷材料是從20世紀初期發(fā)展起來的,尤其是近十年來,關于新型導電陶瓷開發(fā)、傳統(tǒng)導電陶瓷的改性、陶瓷材料與器件的一體化研究與應用等方面的研究很多。導電陶瓷具有抗氧化、抗腐蝕、抗輻射、耐高溫和壽命長等優(yōu)點，可用于固體燃料電極、氣動元件、高溫加熱體、固定電阻器、高臨界溫度超導材料等方面，是一種應用廣泛，市場潛力巨大的新型材料。

中國專利201610736181.3提供了一種碳化硼-氧化鋯復合的陶瓷噴嘴的制備方法，所述噴頭由以下重量份的材料組成：納米碳化硼400-450份、氧化鋯230-335份、聚苯硫醚10-15份、氧化鉬2-4份、鋁鎂尖晶石4-8份、金紅石5-8份、冰晶石1-2份、硫酸鈷0.1-0.3份、鉀長石3-4份、白云石4-6份、陶紅泥7-11份、硝酸鉀1-2份、氧化鍺3-4份、氟硼酸鈉2-4份、氮化鋁3-5份、二硅化鉬4-5份、高嶺土2-3份、火山灰1-3份、石灰石1-2份、滑石2-5份、莫來石4-8份、硅油1-2份、聚苯硫醚11-14份、草木灰0.5-0.7份、玻璃纖維0.3-0.5份、酯化果膠液2-6份。該發(fā)明制得的陶瓷噴嘴具有機械強度高、耐高溫、耐化學藥品性、耐磨等優(yōu)點。

中國專利201110059796.4提供了一種10b二硼化鋯及其制備方法。將二氧化鋯或脫鉿二氧化鋯70-75份，10b豐度25-99%（at）的碳化硼19-22份，高純石墨粉5-9份，以無水乙醇作分散劑，使用氧化鋯球磨混合2-5小時。將乙醇混合粉料在100℃下，使乙醇全部蒸發(fā)。將混合粉料加入感應爐的石墨坩堝中，充入氬氣保護，升溫至1350-1450℃，保溫60分鐘；而后，繼續(xù)升溫至1750-1850℃，保持60-120分鐘后，停止加熱。所制備的10b二硼化鋯中zrb2的含量大于98%，三氧化二硼含量小于0.3%，游離硼小于1.3%，游離碳<1%，粒度d50≤10μm，10b豐度為25-99%（at）。

中國專利200310109724.1提供了一種高強炭/陶復合材料的制備方法是將碳化硼和氧化鋯按0.13-0.38∶1的質(zhì)量比依次加入熔融瀝青中，機械攪拌、冷卻、破碎得改性瀝青，將改性瀝青和焦粉機械混合后；在熱壓機上一次熱壓成型。該發(fā)明具有機械強度高，垂直壓制方向的最高抗彎強度和抗壓強度分別達到135mpa和190mpa，抗燒蝕性能好的優(yōu)點。

中國專利201310672562.6提供了一種高強度納米復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于，按重量百分比包括以下組分：納米zro2=2.5-5份、亞微米al2o3=40-45份、納米tic=30-40份、納米bn=0.5-4份以及納米b4c=1-4份，余量為納米mgo。本發(fā)明高強度納米復合陶瓷材料采用其納米或亞微米級材料，復合添加納米碳化鈦（tic）、納米氮化硼（bn）和納米碳化硼（b4c）得到高強度納米復合陶瓷材料，將上述材料與氧化鋯和氧化鋁復合得到的陶瓷材料，該發(fā)明的這種納米復合陶瓷材料具有高硬度、高強度、高斷裂韌度及耐高溫等優(yōu)良性能，適合陶瓷工藝中要求高性能的產(chǎn)品的制造加工，特別適用于制作加工高強度的刀具。

現(xiàn)有氧化鋯導電陶瓷技術配比復雜，工藝過程相對復雜，不能用于特種功能件的生產(chǎn)。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術配比復雜，無法滿足精密導電陶瓷生產(chǎn)用途，本發(fā)明提供了一種全新的高致密高強度氧化鋯導電陶瓷及其制備方法。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供高純釔穩(wěn)定氧化鋯與高純碳化硼復合的導電陶瓷制備方法，采用納米級釔穩(wěn)定氧化鋯粉與納米級碳化硼粉用高能球磨的辦法對粉末進行混合與機械合金化，然后通過離心噴霧造粒的方法進行造粒，通過冷等靜壓壓制成型，最后通過熱等靜壓燒結(jié)的方法制成，本發(fā)明具有高致密高強度導電性好的優(yōu)點，本發(fā)明不僅工藝和設備簡單，成本低，收率高，能耗低，生產(chǎn)效率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)，而且能夠獲得質(zhì)量穩(wěn)定、晶粒細小可控的氧化鋯導電陶瓷，本發(fā)明過程無壞境污染，是一種新型的低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的高致密高強度氧化鋯導電陶瓷的制備方法。

本發(fā)明所述的高致密高強度氧化鋯導電陶瓷相對密度為99%~100%，主元素純度為99.9%~99.999%，抗彎強度為1000~1600mpa，電阻率為0.01~1000歐姆·厘米，晶粒尺寸為0.5~20微米，維氏硬度為hv1200~2000。

優(yōu)選地，所述的高致密高強度氧化鋯導電陶瓷的相對密度為99.5%~100%。

優(yōu)選地，所述的高致密高強度氧化鋯導電陶瓷的主元素純度為99.99%~99.999%。

優(yōu)選地，所述的高致密高強度氧化鋯導電陶瓷的抗彎強度為1200~1600mpa。

優(yōu)選地，所述的高致密高強度氧化鋯導電陶瓷的電阻率為1~100歐姆·厘米。

優(yōu)選地，所述的高致密高強度氧化鋯導電陶瓷的晶粒尺寸為1~5微米。

本發(fā)明所述的高致密高強度氧化鋯導電陶瓷的主元素為氧化鋯、氧化釔及碳化硼三種，所述的主元素純度為三種主元素重量與總重量的重量百分比。

為了達到上述使用要求，本發(fā)明使用的技術方案為高致密高強度氧化鋯導電陶瓷的制備方法，所述方法的具體步驟如下。

（1）按一定的比例稱取納米級的釔穩(wěn)定氧化鋯粉與碳化硼粉，將兩種納米粉放入球磨罐中，用高能球磨機進行高能球磨處理。

（2）在步驟（1）中球磨好的混合粉中放入粘結(jié)劑、分散劑與去離子水，繼續(xù)球磨，獲得混合粉體漿料。

（3）將步驟（2）中獲得混合粉體漿料放入離心噴霧造粒機中進行造粒處理。

（4）將步驟（3）中獲得的造粒粉放入冷等靜壓膠套中進行冷等靜壓處理。

（5）將步驟（4）中獲得冷等靜壓坯料放入鋼包套中，制成熱等靜壓用包套。

（6）將步驟（5）中獲得的熱等靜壓包套進行脫脂脫氣處理。

（7）將步驟（6）中獲得的脫氣后的包套放入熱等靜壓機中進行熱等靜壓燒結(jié)處理。

（8）將步驟（7）中熱等靜壓燒結(jié)完畢的陶瓷錠取出，并去除包套，即得高致密高強度氧化鋯導電陶瓷。

（9）測量步驟（8）中氧化鋯導電陶瓷的密度、純度、電阻率、晶粒尺寸、抗彎強度及硬度。

本發(fā)明為高致密高強度氧化鋯導電陶瓷及其制備方法，為了讓本發(fā)明有效，需要對上述步驟進行細化，具體細化參數(shù)如下。

步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉中氧化釔的摩爾百分比為3~10%。

步驟（1）中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的重量百分比為50%~100%，余量為碳化硼。

步驟（1）中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的一次粒徑為1~100納米。

步驟（1）中，所述的碳化硼粉的一次粒徑為1~100納米。

步驟（1）中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的純度為99.9~99.999%。

步驟（1）中，所述的碳化硼粉的純度為99.9~99.999%。

步驟（1）中，所述的混合粉球磨時間為2~12小時。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉中氧化釔的摩爾百分比為3~5%。。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的重量百分比為50%~60%，余量為碳化硼。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉一次粒徑為10~40納米。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的碳化硼粉一次粒徑為10~40納米。

優(yōu)選地，步驟（1）中，所述的混合粉的球磨時間為4~8小時。

步驟（2）中，選用的粘結(jié)劑包含聚乙烯醇、聚氯乙烯中的至少一種。

步驟（2）中，選用的分散劑為乙醇、正丁醇、聚乙二醇中的至少一種。

步驟（2）中，所述的混合漿料球磨時間為2~12小時。

優(yōu)選地，步驟（2）中，選用的粘結(jié)劑為聚乙烯醇。

優(yōu)選地，步驟（2）中，選用的分散劑為聚乙二醇。

步驟（3）中，所述的造粒粉粒徑為d50為50~200微米。

步驟（4）中，所述的冷等靜壓膠套材料為聚氨酯、黑橡膠中的一種。

步驟（4）中，所述的冷等靜壓處理壓力為200~500mpa，保壓時間為5~30分鐘。

優(yōu)選地，步驟（4）中，選用的冷等靜壓膠套材料為聚氨酯。

優(yōu)選地，步驟（4）中，選用的冷等靜壓處理壓力為300~400mpa，保壓時間為10~15分鐘。

步驟（5）中，所述的熱等靜壓包套采用氬弧焊進行焊接。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第一階段脫氣處理，第二階段脫脂處理及第三階段脫氣處理。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第一階段脫氣處理參數(shù)為溫度100~300度，處理時間2~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第二階段脫脂處理參數(shù)為溫度400~1000度，處理時間2~48小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第三階段脫氣處理參數(shù)為溫度100~300度，處理時間2~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-3~5.0×10^-3pa。

優(yōu)選地，步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第一階段脫氣處理參數(shù)為溫度200~300度，處理時間12~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

優(yōu)選地，步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第二階段脫脂處理參數(shù)為溫度400~800度，處理時間12~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

優(yōu)選地，步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第三階段脫氣處理參數(shù)為溫度200~300度，處理時間12~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-3~5.0×10^-3pa。

步驟（7）中，所述的熱等靜壓燒結(jié)工藝為燒結(jié)壓力100~170mpa，燒結(jié)溫度為1000~1400℃，燒結(jié)時間為2~10小時。

優(yōu)選地，步驟（7）中，所述的熱等靜壓燒結(jié)工藝為燒結(jié)壓力140~170mpa，燒結(jié)溫度為1100~1300℃，燒結(jié)時間為2~4小時。

步驟（9）中，所述的密度測量儀器為阿基米德排水法固體密度檢測儀。

步驟（9）中，所述的純度檢測儀器為電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀。

步驟（9）中，所述的電阻率測量儀器為四點探針表面電阻測試儀。

步驟（9）中，所述的晶粒尺寸測量儀器為掃描電子顯微鏡。

步驟（9）中，所述的抗彎強度測量儀器為三點彎曲測量試驗機。

步驟（9）中，所述的硬度測量儀器為維氏硬度計。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導電陶瓷的相對密度為99~100%。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導電陶瓷的純度為99.9~99.999%。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導電陶瓷的電阻率為0.01~1000歐姆·厘米。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導電陶瓷的晶粒尺寸為0.5~20微米。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導電陶瓷的抗彎強度為1200~1600mpa。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導電陶瓷的硬度為hv1200~2000。

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種高致密高強度氧化鋯導電陶瓷及其制備方法，具體實施步驟如下。

（1）選用氧化釔摩爾百分比為3%的釔穩(wěn)定氧化鋯粉，按重量比釔穩(wěn)定氧化鋯粉：碳化硼粉=6:4稱取納米級的釔穩(wěn)定氧化鋯粉與碳化硼粉，釔穩(wěn)定氧化鋯粉的一次粒徑為21納米，碳化硼粉的一次粒徑為35納米，釔穩(wěn)定氧化鋯粉的純度為99.99%，碳化硼粉的純度為99.99%，將兩種納米粉放入球磨罐中，用高能球磨機進行高能球磨處理8小時。

（2）在步驟（1）中球磨好的混合粉中放入聚乙烯醇、聚乙二醇與去離子水，繼續(xù)球磨4小時，獲得混合粉體漿料。

（3）將步驟（2）中獲得混合粉體漿料放入離心噴霧造粒機中進行造粒成為d50=87微米的造粒粉。

（4）將步驟（3）中獲得的造粒粉放入聚氨酯冷等靜壓膠套中進行冷等靜壓處理，處理壓力為350mpa，保壓時間為10分鐘。

（5）將步驟（4）中獲得冷等靜壓坯料放入鋼包套中，用氬弧焊焊接制成熱等靜壓用包套。

（6）將步驟（5）中獲得的熱等靜壓包套進行脫脂脫氣處理，第一階段脫氣處理參數(shù)為溫度240度，處理時間12小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa，第二階段脫脂處理參數(shù)為溫度600度，處理時間18小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa，第三階段脫氣處理參數(shù)為溫度,240度，處理時間12小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-3~5.0×10^-3pa。

（7）將步驟（6）中獲得的脫氣后的包套放入熱等靜壓機中進行熱等靜壓燒結(jié)處理，熱等靜壓燒結(jié)工藝為燒結(jié)壓力160mpa，燒結(jié)溫度為1250℃，燒結(jié)時間為4小時。

（8）將步驟（7）中熱等靜壓燒結(jié)完畢的陶瓷錠取出，并去除包套，即得高致密高強度氧化鋯導電陶瓷。

（9）測量步驟（8）中氧化鋯導電陶瓷的相對密度為99.8%，純度為99.9784%，電阻率為59歐姆?厘米，晶粒大小為2.4微米，抗彎強度為1307mpa，硬度為hv1290。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。