專利名稱：一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷材料及其制備方法，特別是一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料其制備方法。
背景技術：
全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷屬于立方相螢石型結構，略偏離于理想結構。由于螢石結構中的氧八面體空隙存在，這種松弛結構有利于陽離子的擴散和遷移，有很強的固體電解質導電能力，特別是固溶摻入穩(wěn)定劑后，形成大量的氧空位，形成了良好的氧離子導電性。
目前，摻雜氧化釔的全穩(wěn)定氧化鋯測氧傳感器已在許多工作分析過程中
作為氧定量分析的基本手段，使用溫度在室溫到90(TC之間。工作條件的特殊性要求該材料有一定的抗熱震性能。(陶瓷的抗熱震性是指材料對溫度的迅速變化進行抵抗而不破壞的能力。) 一般而言，全穩(wěn)定氧化鋯的強度一般在200MPa左右，多次使用后，由于本身熱膨脹系數(shù)大、熱導率低，受到熱沖擊，其強度下降很快，只有之前強度的10%左右，內部出現(xiàn)微裂紋或宏觀開裂，產(chǎn)品失效。 一般車用氧傳感器一年更換一次，工業(yè)用測定鋼水的氧傳感器甚至使用一次就失效。
目前也有報道指出，向全穩(wěn)定氧化鋯中添加表面涂覆氧化鋁的SiC晶須，來增加全穩(wěn)定氧化鋯的抗熱震性能，但是效果并不是很明顯。上述全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料的急冷前后強度下降比例高，抗熱震性能差。同時表面涂覆氧化鋁的SiC晶須的成本也相對較高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中的全穩(wěn)定氧化鋯實際使用過程中抗熱震性能差，易失效的缺點，提供了一種高抗熱震的全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料。
一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其包括基體、以及分布在整個基體中的晶
須；所述基體為以氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯，所述晶須為a-氧化鋁晶須。本發(fā)明還公開了一種上述氧化鋯陶瓷材料的制備方法，該方法包括
(1) 配料將基體、OL-氧化鋁晶須和粘結劑，按比例機械混合。
(2) 成型在成型機械中，將浪合后的配料制成胚體。
(3) 燒結將胚體在燒結爐中在1300-1800。C的下燒結l-3小時。本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，(x-氧化鋁晶須與氧化鋯陶瓷基體的結合能
大幅度改善全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料的抗熱震性能。其次氧化鋁晶須的制備方法相對多樣且較易控制，成本相對較低。
具體實施例方式
一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其包括基體、以及分布在整個基體中的晶
須；所述基體為以氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯，所述晶須為(X-氧化鋁晶須。其中以基體的摩爾總量為基準，所述氧化釔的摻雜摩爾百分含量為4-12mol0/0。
其中a-氧化鋁晶須的晶須平均長度為1-50ym，優(yōu)選晶須平均長度為3-20um。其中以全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料總重量為基準，a-氧化鋁晶須的重量百分含量為5-25wt%，優(yōu)選為8-17城％。
上述氧化鋯陶瓷材料，還可能含有其他成分，其中主要為燒結助劑。燒結助劑一般為MgO、 Si02、 CaO和Al203中的一種或多種；以全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料總重量為基準，燒結助劑的重量百分含量為0-3wt%。優(yōu)選地，燒結助劑為MgO、 Si02和八1203的混合。其中MgO、 SiCb和 ^203比例含量為，以燒結助劑總重量為基準，MgO為20-60wt%、 Si02為 20-60 wt%、 A1203為20-60 wt%。
以全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料總重量為基準，燒結助劑的重量百分含量為 lwt0/0t=
一種上述氧化鋯陶瓷材料的制備方法，該方法包括
(1) 配料將基體、Ct-氧化鋁晶須和粘結劑，按比例機械混合。
(2) ,型在成型機械中，將混合后的配料制成胚體。
(3) 燒結將胚體在燒結爐中在1300-180(TC的下燒結1-3小時。
其中所述基體為以氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯，其中氧化釔摻雜摩爾比
例為4-12mol%。優(yōu)選情況下采用5-8moP/。氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯粉末， 優(yōu)選地，基體的粉體粒徑在lPm以下。
其中a-氧化鋁晶須的晶須平均長度為l-50um，優(yōu)選為3-20"m。以原 料總重量為基準，a-氧化鋁晶須加入量為5-25wt%，優(yōu)選為8-17wt。/。。
所述配料中還包括燒結助劑。
其中燒結助劑的加入量為原料的0-3 wt%,燒結助劑可選自MgO、 Si02、 CaO和Al203粉末中的一種或多種。
優(yōu)選情況下，燒結助劑采用MgO、 Si02和Al203的混合粉末，混合粉末 的加入量為原料1 wt%。
其中所述MgO、 Si02和Al203的混合粉末中三者的比例關系為，以燒結 助劑總重量為基準，MgO為20-50wt°/。、 Si02為10-40 wt°/。、 A1203為20-50 wt%。
其中所述粘結劑為本領域技術人員所公知的粘結劑，例如質量百分濃度 為5%的聚乙烯醇水溶液；含有石蠟、乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯 和硬脂酸的混合物；含有石蠟、乙烯-乙酸乙烯共聚物、高密度聚丙烯 巴西棕櫚蠟和硬脂酸的混合物。
本發(fā)明中，原料的混合方法采用本領域技術人員所公知的混合方法，可
以使用本領域常規(guī)的各種混料設備，例如攪拌球磨機、v型混料機、行星球
磨機等。
本發(fā)明中，所述成型的方法亦為本領域技術人員所公知的成型方法，可 以為各種陶瓷產(chǎn)品成型方法，如模壓成型、等靜壓成型、熱壓鑄成型、注射 成型、漿料成型等。
本發(fā)明中所述的燒結爐為本領域技術人員所公知的各種燒結爐，例如高 溫箱式爐，真空爐等。
本發(fā)明中所述燒結的條件是在真空、分壓、無壓或加壓環(huán)境下于 1300-180(TC的下燒結1-3小時。其中燒結爐中的燒結氣氛是氧化或中性氣氛 條件。例如空氣氣氛、氮氣氣氛。
優(yōu)選情況下，為空氣氣氛下無壓燒結，燒結溫度1550-1670°C。
下面通過實施例來詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。
實施例1:
將100重量份含有95wt^的全穩(wěn)定氧化鋯粉末、5wt^的a-氧化鋁晶須， 加入5-8重量份的粘結劑，通過V型混料機混合后，進行干壓成型，成型壓 力200MPa，制成胚體。
所述全穩(wěn)定氧化鋯粉末中氧化釔摻雜含量為4mol%。 所述a-氧化鋁晶須的晶須平均長度為1-50 u m。 所述粘結劑為質量百分濃度為5%的聚乙烯醇水溶液。 將成型的胚體在高溫箱式爐中進行燒結，在溫度160(TC連續(xù)燒結2小 時，自然冷卻后得到全穩(wěn)定氧化鋯材料記作Al 。 實施例2:
將100重量份含有83wt^的全穩(wěn)定氧化鋯粉末、15wt^的a-氧化鋁晶
7須和2wtX燒結助劑粉末，加入5-8重量份的粘結劑，通過V型混料機混合 后，進行冷等靜壓成型，成型壓力180MPa，制成胚體。
所述全穩(wěn)定氧化鋯粉末中氧化釔摻雜含量為10mol%。
所述(x-氧化鋁晶須的晶須平均長度為2-40u m。
所述燒結助劑粉末為MgO、 A1203、 Si02三者的混合，其質量比例分別 為40%、 40%、 20% 。
所述粘結劑為質量百分濃度為5%的聚乙烯醇水溶液。
隨后在真空爐中進行燒結，在溫度155(TC下燒結3小時，自然冷卻后得 到全穩(wěn)定氧化鋯材料記作A2。
實施例3:
將100重量份含有8wtX的全穩(wěn)定氧化鋯粉末、10wt^的a-氧化鋁晶須 和lwt^燒結助劑粉末，加入14重量份的粘結劑，通過高混機混合，所述混 合的溫度為150°C，混合的時間為1小時。將混合后的混合物轉入雙螺桿擠 出機中成型，成型的溫度為150'C，成型的時間為l小時，制成胚體。
所述全穩(wěn)定氧化鋯粉末中氧化釔摻雜含量為8mol%。
所述a-氧化鋁晶須的晶須平均長度為3-20 Pm。
所述燒結助劑粉末為MgO、 A1203、 Si02三者的混合，其質量比例分別 為30%、 40%、 30%。
所述粘結劑為含有65wt^的石蠟、8wtX的乙烯-醋酸乙烯共聚物、22wt %的高密度聚乙烯和5wt^的硬脂酸的混合物。
在真空爐中分壓燒結，氣氛環(huán)境為99%氮氣氣氛，壓力為0.08MPa，在 溫度1650。C，燒結2小時，自然冷卻后得到全穩(wěn)定氧化鋯材料記作A3。
對比例l:
將100重量份含有85wt^的全穩(wěn)定氧化鋯粉末、15wtX的表面涂覆 20nm厚的氧化鋁的SiC晶須，加入5-8重量份的粘結劑，通過V型混料機混合后，千壓成型，成型壓力200MPa，制成胚體。
所述全穩(wěn)定氧化鋯粉末中氧化釔摻雜含量為13mol%。 所述粘結劑為質量百分濃度為5%的聚乙烯醇水溶液。 將胚體在真空爐中真空脫脂燒結，在溫度155(TC,燒結3小時，自然冷
卻后得到全穩(wěn)定氧化鋯材料記作B1。.
性能測試
將實施例1-3得到的氧化鋁增韌全穩(wěn)定氧化鋯材料制品A1-A3,對比例 1得到的全穩(wěn)定氧化鋯材料制品Bl，按照GB/T 16536-1996中條件下實驗， 以800土10'C為規(guī)定溫度，采用GB/T 6569-2006比較室溫下急冷前彎曲強度 和急冷后彎曲強度。
其中強度下降比例按照公式
強度下降比例=100%><(急冷前彎曲強度_急冷后彎曲強度)/急冷前彎 曲強度
表1抗熱震性能比較
實施例編號急冷前彎曲強度急冷后彎曲強度強度下降比例
實施例1Al358 MPa102 MPa71,5%
實施例2A2361 MPa134 MPa62.90/0
實施例3A3372 MPa163 MPa56.2%
對比例1Bl352 MPa33 MPa卯.6%
從上述實施例和對比例的比較結果明顯可以看出，本發(fā)明提供的全穩(wěn)定 氧化鋯陶瓷材料與傳統(tǒng)全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料相比較，抗熱震性能有大幅度 的提高，從而延長了全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料的使用壽命。并且全穩(wěn)定氧化鋯
9陶瓷材料急冷前的強度也有所加強。
權利要求
1、一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其包括基體、以及分布在整個基體中的晶須；所述基體為以氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯，所述晶須為α-氧化鋁晶須。
2、 根據(jù)權利要求1所述的全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其特征在于所述a-氧化鋁晶須的晶須平均長度為1-50 li m。
3、 根據(jù)權利要求2所述的全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其特征在于所述a-氧化鋁晶須的晶須平均長度為3-20 um。
4、 根據(jù)權利要求1-3任意一項所述的全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其特征 在于以全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料總重量為基準，所述a-氧化鋁晶須的重量百 分含量為5-25wt%。
5、 根據(jù)權利要求1所述的全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其特征在于以基 體的摩爾總量為基準，所述氧化釔的摩爾百分含量為4-12mol%。
6、 根據(jù)權利要求1所述的全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其特征在于還包 括燒結助劑，所述燒結助劑為MgO、 Si02、 CaO和八1203中的一種或多種； 以全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料總重量為基準，所述燒結助劑的重量百分含量為 0-3wt%。
7、 根據(jù)權利要求6所述的全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其特征在于所述 燒結助劑為MgO、 SK)2和Al203;以全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料總重量為基準， 所述燒結助劑的重量百分含量為lwt%。
8、 一種權利要求1所述的全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料的制備方法，該方法包括'(l)配料將基體、(X-氧化鋁晶須、粘結劑，按比例機械混合，所述 基體為以氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯；(2) 成型在成型機械中，將混合后的配料制成胚體；(3) 燒結將胚體在燒結爐中在1300-1800。C的下燒結l-3小時。
9、 根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述配料中還包括 燒結助劑。
10、 根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于以基體的摩爾總量為基準，所述氧化釔的摩爾百分含量為4-12mol%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，其包括基體、以及分布在整個基體中的晶須。所述基體是以氧化釔摻雜的全穩(wěn)定氧化鋯，所述晶須為α-氧化鋁晶須。所述晶須的晶須平均長度在1-50μm。上述全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料還可以含有或者不含有燒結助劑，燒結助劑優(yōu)選為MgO、SiO₂和Al₂O₃三者以一定比例混合。該全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料的抗熱震性能良好，成本低。本發(fā)明還公開了一種全穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的制備方法，首先將全穩(wěn)定氧化鋯粉末、α-氧化鋁晶須、燒結助劑粉末和粘結劑，按比例機械混合，成型后燒結。
文檔編號C04B35/48GK101638317SQ20081014221
公開日2010年2月3日 申請日期2008年8月2日 優(yōu)先權日2008年8月2日
發(fā)明者劉一峰, 向其軍, 冉 郭 申請人:比亞迪股份有限公司