專利名稱：一種氧化鋯陶瓷材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋯陶瓷材料的制備方法，適用于氧化鋯陶瓷材料的生產(chǎn)制造 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于氧化鋯陶瓷具有高韌性、高抗彎強(qiáng)度和高耐磨性，優(yōu)異的隔熱性能，熱膨脹系 數(shù)接近于鋼等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域。主要有=Y-TZP磨球、分散和研磨介 質(zhì)、噴嘴、球閥球座、氧化鋯模具、微型風(fēng)扇軸心、光纖插針、光纖套筒、拉絲模和切割工具、 耐磨刀具、表殼及表帶、高爾夫球的輕型擊球棒及其它室溫耐磨零器件等。同時在功能陶瓷方面，由于其優(yōu)異的耐高溫性能，作為感應(yīng)加熱管、耐火材料、發(fā) 熱元件使用。氧化鋯陶瓷具有敏感的電性能參數(shù)，主要應(yīng)用于氧傳感器、固體氧化物燃料電 池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)和高溫發(fā)熱體等領(lǐng)域。具有較高的折射率(N = 2. 1 2. 2)，在超細(xì)的氧化鋯粉末中添加一定的著色元素(V2O5，Mo03，F(xiàn)e203等)，可將它制成 多彩的半透明多晶&02材料，像天然寶石一樣閃爍著絢麗多彩的光芒，可制成各種裝飾品。 另外，氧化鋯在熱障涂層、催化劑載體、醫(yī)療、保健、耐火材料、紡織等領(lǐng)域正得到廣泛應(yīng)用。隨著氧化鋯陶瓷材料應(yīng)用的越來越廣泛，對這種陶瓷材料的批量化制備方面就提 出了較高的要求。目前這類陶瓷材料有很大一部分的形狀是具有規(guī)則的片狀、管狀或者棒 狀。目前制備這些材料主要是采用注射成型或者熱壓鑄成型，由于這種成型技術(shù)要采用較 多的有機(jī)塑性添加劑，并且是在相對室溫較高的溫度下實現(xiàn)的，存在較大的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述問題，本發(fā)明提出一種新的氧化鋯陶瓷材 料的制備方法，該方法中的成型工序在室溫條件下就可進(jìn)行，有機(jī)塑化劑和水的用量也比 較少；而且降低了燒結(jié)溫度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于包括 以下步驟a、配料在練泥機(jī)上將氧化鋯粉體、膨潤土粉體和濃度為1 4%的纖維素溶液均 勻混合，得到泥料，所述各原料占總原料量的重量百分比為氧化鋯粉體93 94%，膨潤土 粉體0. 1 3%，纖維素溶液3 6% ；b、擠出在擠出機(jī)中將步驟a得到的泥料進(jìn)行擠出成型，擠出壓力為0.5 l.OMPa，得到預(yù)期形狀的素坯；c、燒結(jié)將步驟b得到的素坯在高溫爐中進(jìn)行無壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350 1600°C，保溫時間為2 5h，然后隨爐冷卻。作為優(yōu)選，所述氧化鋯粉體的比表面積為10 20m2/g;可進(jìn)一步優(yōu)選為12 15m2/g。作為優(yōu)選，所述膨潤土粉體的比表面積為100 200m2/g ；可進(jìn)一步優(yōu)選為120 150m2/g。作為優(yōu)選，所述纖維素溶液中纖維素的分子量為10000 40000 ；可進(jìn)一步優(yōu)選為 20000 30000。作為優(yōu)選，在步驟a中，所述練泥機(jī)為真空練泥機(jī)。作為優(yōu)選，在步驟c中，所述高溫爐的發(fā)熱體為硅鉬棒，所述燒結(jié)溫度為1400 1530°C，升溫速率為3 10°C /min。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明氧化鋯陶瓷材料的制備方法包括配料、擠出和燒結(jié) 三大步驟。1)在制備過程中，通過添加少量的膨潤土，提高了氧化鋯泥料的觸變性，進(jìn)而 降低了對表面活性劑的要求，同時降低了燒結(jié)溫度。2)在材料成型方法的選擇上，本發(fā)明 摒棄了傳統(tǒng)的注射成型和熱壓鑄成型的方法，而采用擠出成型的方法，該方法所使用的有 機(jī)塑化劑和水較少，并且在室溫條件下就可以實現(xiàn)擠出成型，降低了生產(chǎn)成本。3)實驗證 明，本發(fā)明制得的氧化鋯陶瓷材料密度>5. 9g/cm3、相對密度(即實際密度/理論密度)> 99. 5%、抗折強(qiáng)度彡800Mpa，其性能優(yōu)良，具備生產(chǎn)的可行性。
具體實施例方式實施例1 al、配料在練泥機(jī)上將氧化鋯粉體、膨潤土粉體(作塑化劑)和濃度為4%的纖 維素溶液(作粘結(jié)劑)均勻混合，得到泥料。上述各原料占總原料量的重量百分比為氧化 鋯粉體94%，膨潤土粉體1%，纖維素溶液5%;其中，氧化鋯粉體的比表面積10 20m2/g， 膨潤土粉體的比表面積100 200m2/g，纖維素溶液由分子量為10000 50000的纖維素加 水制成。bl、擠出在擠出機(jī)中將步驟al得到的泥料進(jìn)行擠出成型，擠出壓力為0. 5 1. OMPa，得到預(yù)期形狀的素坯。所謂“預(yù)期形狀”，是指生產(chǎn)者根據(jù)生產(chǎn)需要，通過預(yù)先對擠 出機(jī)進(jìn)行設(shè)置而獲得的形狀，多為背景技術(shù)中提到的“具有規(guī)則的片狀、管狀或者棒狀”。Cl、燒結(jié)將步驟bl得到的素坯在硅鉬棒為發(fā)熱體的高溫爐中在1500°C下進(jìn)行無 壓燒結(jié)，升溫速率為5°C /min，保溫時間為3h，然后隨爐冷卻。實施例2 a2、配料在真空練泥機(jī)上將氧化鋯粉體、膨潤土粉體和濃度為1 %的纖維素溶液 均勻混合，得到泥料。上述各原料占總原料量的重量百分比為氧化鋯粉體93.9%，膨潤土 粉體0. 1%，纖維素溶液6%;其中，氧化鋯粉體的比表面積為12 15m2/g，膨潤土粉體的比 表面積為120 150m2/g，纖維素溶液中纖維素的分子量為10000 30000。b2、擠出在擠出機(jī)中將步驟a2得到的泥料進(jìn)行擠出成型，擠出壓力為0. 5 l.OMPa，得到預(yù)期形狀的素坯。c2、燒結(jié)將步驟b2得到的素坯在硅鉬棒為發(fā)熱體的高溫爐中在1350°C下進(jìn)行無 壓燒結(jié)，升溫速率為3°C /min，保溫時間為2h，然后隨爐冷卻。實施例3 a3、配料在真空練泥機(jī)上將氧化鋯粉體、膨潤土粉體和濃度為3%的纖維素溶液 均勻混合，得到泥料。上述各原料占總原料量的重量百分比為氧化鋯粉體94%，膨潤土粉 體3%，纖維素溶液3%;其中，氧化鋯粉體的比表面積為12 15m2/g，膨潤土粉體的比表面積為120 150m2/g，纖維素溶液中纖維素的分子量為20000 30000。b3、擠出在擠出機(jī)中將步驟a3得到的泥料進(jìn)行擠出成型，擠出壓力為0. 5 l.OMPa，得到預(yù)期形狀的素坯。c3、燒結(jié)將步驟b3得到的素坯在硅鉬棒為發(fā)熱體的高溫爐中在1600°C下進(jìn)行無 壓燒結(jié)，升溫速率為10°c /min，保溫時間5h，然后隨爐冷卻。上述各實施例中，步驟c (包括cl、c2、c3)中的燒結(jié)溫度控制在1350 1600°C 之間既可，最佳燒結(jié)溫度為1400 1530°C ；所采用的氧化鋯粉體、膨潤土粉體和纖維素均 為外購商品。實驗表明，上述各實施例所制得的氧化鋯陶瓷材料性能良好，其密度> 5.9g/ cm3、相對密度(即實際密度/理論密度)> 99. 5%、抗折強(qiáng)度彡800Mpa。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟a、配料在練泥機(jī)上將氧化鋯粉體、膨潤土粉體和濃度為1 4%的纖維素溶液均勻混 合，得到泥料，所述各原料占總原料量的重量百分比為氧化鋯粉體93 94%，膨潤土粉體 0. 1 3%，纖維素溶液3 6% ；b、擠出在擠出機(jī)中將步驟a得到的泥料進(jìn)行擠出成型，擠出壓力為0.5 1. OMPa，得 到預(yù)期形狀的素坯；c、燒結(jié)將步驟b得到的素坯在高溫爐中進(jìn)行無壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350 1600°C， 保溫時間為2 5h，然后隨爐冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述氧化鋯粉體 的比表面積為10 20m2/g。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述氧化鋯粉體 的比表面積優(yōu)選為12 15m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述膨潤土粉體 的比表面積為100 200m2/g。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述膨潤土粉體 的比表面積優(yōu)選為120 150m2/g。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述纖維素溶液 中纖維素的分子量為10000 40000。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述纖維素溶液 中纖維素的分子量優(yōu)選為20000 30000。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一權(quán)利要求所述的氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于 在步驟a中，所述練泥機(jī)為真空練泥機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一權(quán)利要求所述的氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于 在步驟c中，所述高溫爐的發(fā)熱體為硅鉬棒，所述燒結(jié)溫度為1400 1530°C，升溫速率為 3 10°C /min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋯陶瓷材料的制備方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種新的氧化鋯陶瓷材料的制備方法，該方法中的成型工序在室溫條件下就可進(jìn)行，有機(jī)塑化劑和水的用量也比較少；而且降低了燒結(jié)溫度。解決該問題的技術(shù)方案是本制備方法包括配料、擠出和燒結(jié)三大步驟，制備過程中添加膨潤土作塑化劑，纖維素溶液作粘結(jié)劑，而且采用了擠出成型的技術(shù)。本發(fā)明可用于氧化鋯陶瓷材料的生產(chǎn)制造領(lǐng)域。
文檔編號C04B35/48GK102079654SQ20111005132
公開日2011年6月1日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者徐兵, 武光強(qiáng), 蔣丹宇, 鄭漢芳 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所, 杭州至卓通訊科技有限公司