專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備耐磨性能優(yōu)異的氧化鋁陶瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大幅度提高氧化鋁陶瓷耐磨性，同時(shí)降低陶瓷燒成溫度，制備耐磨性能優(yōu)異的氧化鋁陶瓷的方法。
背景技術(shù)：
從1912年英國(guó)人最早使用氧化鋁陶瓷做為工具材料，1931年德國(guó)西門(mén)子一漢斯特公司制成氧化鋁火花塞絕緣子，并取得燒結(jié)剛玉專(zhuān)利以來(lái)，氧化鋁陶瓷研制取得很大進(jìn)展，成為一種用量最大、使用面最廣的特種陶瓷材料。僅在工程陶瓷耐磨材料方面，就涉及切削工具、各種耐磨損噴砂咀、拉絲模、拉絲塔輪、導(dǎo)絲器、軸承、軸套、軸承球、球閥、研磨介質(zhì)等諸多產(chǎn)品，用在冶金、輕工、化工、機(jī)電、船舶、宇航等各領(lǐng)域。長(zhǎng)期以來(lái)，各國(guó)科研人員在添加劑影響氧化鋁陶瓷性能方面進(jìn)行了大量研究。發(fā)現(xiàn)在氧化鋁中添加燒結(jié)助劑、過(guò)渡金屬氧化物和稀土氧化物，有助于獲得理想的顯微結(jié)構(gòu)和改善陶瓷性能。例如為了提高氧化鋁陶瓷材料的斷裂韌性和強(qiáng)度，人們選擇添加少量助齊U，在燒結(jié)過(guò)程中這些助劑生長(zhǎng)成第二相達(dá)到增韌目的。Mukhopadhyay等認(rèn)為Y2O3的固溶能降低晶界擴(kuò)散率，提高陶瓷耐磨性。目前，歐美及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在氧化鋁陶瓷的研究和生產(chǎn)方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位。我國(guó)是氧化鋁陶瓷生產(chǎn)大國(guó)，但是產(chǎn)品質(zhì)量仍然不高，大多數(shù)產(chǎn)品屬中低檔產(chǎn)品，高檔產(chǎn)品主要依賴(lài)于進(jìn)口。例如紡織瓷 ，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品處于低檔，每件價(jià)格幾元至十來(lái)元不等；日本的進(jìn)口瓷件，一件I至2克重的產(chǎn)品，價(jià)格200多元。由于研究的重視程度的不夠亦或是工藝技術(shù)的落后使得我國(guó)在氧化鋁陶瓷高檔產(chǎn)品方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，因此，自主研究開(kāi)發(fā)高檔產(chǎn)品已經(jīng)十分緊迫。大量研究表明，氧化鋁陶瓷的耐磨性能和材料強(qiáng)度、硬度，斷裂性及其材料的微觀結(jié)構(gòu)都有著復(fù)雜的關(guān)系。改善氧化鋁陶瓷尤其是高鋁瓷的耐磨性能，目前尚未能找到滿(mǎn)意的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問(wèn)題，提供了一種大幅提高氧化鋁陶瓷耐磨性，同時(shí)降低陶瓷燒成溫度的方法，低成本制備出耐磨性?xún)?yōu)異的氧化鋁陶瓷。具體步驟為:
(I)原料各組分的質(zhì)量百分比含量為=Al2O3 70-99.8%、稀土釔的化合物0.01-10%以及鈣的化合物或礦物、鎂的化合物或礦物和硅的化合物或礦物0.19-20%。(2)將步驟(I)配好的原料球磨4-96小時(shí)。(3)將步驟(2)所得原料干燥后，采用等靜壓成型、滾壓成型或軸向加壓成型，制得坯體。(4)坯體在1150-1700°C燒結(jié)，燒結(jié)為無(wú)壓燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為空氣氣氛或是還原氣氛，保溫15-360分鐘，冷卻至室溫制得成品。所述還原氣氛為碳粉、氫氣、氮?dú)夂投栊詺怏w中的一種。
所述稀土釔的化合物為氧化釔、六水硝酸釔、氫氧化釔、碳酸釔、氯化釔和草酸釔中的一種。
所述硅的化合物為二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%的化合物。所述含硅的礦物為天然石英、滑石、透輝石、透閃石和高嶺土中的一種。所述鎂的化合物為氧化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%的化合物。所述含鎂的礦物為白云石、菱鎂礦和蛇紋石中的一種。所述鈣的化合物為氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%的化合物。所述含I丐的礦物為方解石、石灰?guī)r和白堊巖中的一種。(5)按標(biāo)準(zhǔn)JC/T848.1 - 1999對(duì)制品進(jìn)行磨損率測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:所研制的氧化鋁陶瓷材料比相應(yīng)不含稀土氧化鋁陶瓷材料的磨損率最高可降低約45%，燒成溫度最多可降低30°C。本發(fā)明的主要特色在于通過(guò)添加稀土釔化合物，采用一般工業(yè)設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)比不摻稀土的氧化鋁陶瓷，制備出了產(chǎn)品燒結(jié)溫度低，耐磨性能優(yōu)異的氧化鋁陶瓷，極具應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:
Cl)原料各組分的質(zhì)量百分比含量為=O-Al2O3粉93.5%、氫氧化釔1.5%、高嶺土
1.66%、氧化鈣1.67%和氧化鎂1.67%。(2)將步驟(I)配好的原料放入球磨裝置中球磨42小時(shí)。(3)將步驟(2)所得漿料經(jīng)110°C烘干，時(shí)間8小時(shí)。(4)將步驟(3)所得粉體經(jīng)等靜壓(100MP)成型，保壓10分鐘，制成球形坯體。(5)將步驟(4)所得球狀生坯在高溫電阻爐1450°C下燒結(jié)，燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，保溫60分鐘，降至室溫即得所需耐磨氧化鋁陶瓷材料，測(cè)試樣品磨損率為
0.0005529^'實(shí)施例2:
(I)原料各組分的質(zhì)量百分比含量為:a -Al2O3粉96%、氫氧化釔1.0%、高嶺土 1.0%、碳酸鈣1.0%和堿式碳酸鎂1.0%。(2)將步驟(I)配好的原料放入球磨裝置中球磨42小時(shí)。(3)將步驟(2)所得漿料經(jīng)110°C烘干，時(shí)間8小時(shí)。(4)將步驟(3)所得粉體經(jīng)等靜壓(100MP)成型，保壓10分鐘，制成球形坯體。(5)將步驟(4)所得球狀生坯在高溫電阻爐1480°C下燒結(jié)，燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，保溫100分鐘，降至室溫即得所需耐磨氧化鋁陶瓷材料，測(cè)試樣品磨損率為
0.00 0 4 479^'實(shí)施例3:
(I)原料各組分的質(zhì)量百分比含量為:a -Al2O3粉95%、氧化釔1.0%、高嶺土 1.5%、碳酸鈣 1.5% 和白 z 石 1.0%, 。(2)將步驟(I)配好的原料放入球磨裝置中球磨42小時(shí)。(3)將步驟(2)所得漿料經(jīng)110°C烘干，時(shí)間8小時(shí)。
(4)將步驟(3)所得粉體經(jīng)等靜壓(100MP)成型，保壓10分鐘，制成球形坯體。(5)將步驟(4)所得球狀生坯在高溫電阻爐1430°C下燒結(jié)，燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，保溫120分鐘，降至室溫即得所需耐磨氧化鋁陶瓷材料，測(cè)試樣品磨損率為0.0004899^'對(duì)比例:
(I)原料各組分的質(zhì)量百分比含量為:a -Al2O3粉95%，高嶺土 1.66%，碳酸鈣1.67%，氧化鎂1.67%。(2)將步驟(1)配好的原料放入球磨裝置中球磨42小時(shí)。(3)將步驟(2)所得漿料經(jīng)110°C烘干，時(shí)間8小時(shí)。(4)將步驟(3)所得粉體經(jīng)等靜壓(100MP)成型，保壓10分鐘，制成球形坯體。將步驟(4)所得球狀生坯在高溫電阻爐1450°C下燒結(jié)，燒結(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，保溫100分鐘，降 至室溫即得所需耐磨氧化鋁陶瓷材料，測(cè)試樣品磨損率為0.000817%!!'
權(quán)利要求
1.一種制備氧化鋁陶瓷的方法，其特征在于具體步驟為: (1)原料各組分的質(zhì)量百分比含量為=Al2O370-99.8%、稀土釔的化合物0.01-10%以及鈣的化合物或礦物、鎂的化合物或礦物和硅的化合物或礦物0.19-20% ； (2)將步驟(1)配好的原料球磨4-96小時(shí)； (3)將步驟(2)所得原料干燥后，采用等靜壓成型、滾壓成型或軸向加壓成型，制得坯體； (4) 體在1150-1700°C燒結(jié),燒結(jié)為無(wú)壓燒結(jié),燒結(jié)氣氛為空氣氣氛或是還原氣氛,保溫15-360分鐘，冷卻至室溫制得成品； 所述還原氣氛為碳粉、氫氣、氮?dú)夂投栊詺怏w中的一種； 所述稀土釔的化合物為氧化釔、六水硝酸釔、氫氧化釔、碳酸釔、氯化釔和草酸釔中的一種； 所述硅的化合物為二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%的化合物； 所述含硅的礦物為天然石英、滑石、透輝石、透閃石和高嶺土中的一種； 所述鎂的化合物為氧化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%的化合物； 所述含鎂的礦物為白云石、菱鎂礦和蛇紋石中的一種； 所述鈣的化合物為氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%的化合物； 所述含鈣的礦物為方解石、石灰?guī)r和白堊巖中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備耐磨性能優(yōu)異的氧化鋁陶瓷的方法.(1)原料各組分的質(zhì)量百分比含量為Al2O370-99.8%、稀土釔的化合物0.01-10%以及鈣的化合物或礦物、鎂的化合物或礦物和硅的化合物或礦物0.19-20%；(2)將步驟(1)配好的原料球磨4-96小時(shí)；(3)將步驟(2)所得原料干燥后，采用等靜壓成型、滾壓成型或軸向加壓成型，制得坯體；(4)坯體在1150-1700℃燒結(jié)，燒結(jié)為無(wú)壓燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為空氣氣氛或是還原氣氛，保溫15-360分鐘，冷卻至室溫制得成品。本發(fā)明通過(guò)添加稀土釔化合物，采用一般工業(yè)設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)比不摻稀土的氧化鋁陶瓷，制備出了產(chǎn)品燒結(jié)溫度低，耐磨性能優(yōu)異的氧化鋁陶瓷。
文檔編號(hào)C04B35/10GK103145406SQ201310117498
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者熊媛, 吳伯麟 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)