制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法。在鋯鹽中加入以氧化物或鹽形式存在的穩(wěn)定劑，使用機(jī)械混合方法將鋯鹽和穩(wěn)定劑均勻混合，然后經(jīng)150-300℃/小時(shí)升溫至900-1100℃保溫0.5-1小時(shí)進(jìn)行煅燒，煅燒后經(jīng)150-300℃/小時(shí)冷卻到400-500℃以后再自然冷卻，即得。采用本發(fā)明生產(chǎn)的穩(wěn)定氧化鋯原料反應(yīng)均勻、徹底，穩(wěn)定化效果好，以此為原料生產(chǎn)的氧化鋯陶瓷產(chǎn)品性能與采用化學(xué)共沉淀穩(wěn)定氧化鋯粉制得的陶瓷產(chǎn)品性能接近，密度能夠達(dá)到理論密度的98％以上，完全能代替化學(xué)共沉淀穩(wěn)定氧化鋯材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。其原料生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)易，成本大大降低。
【專利說明】制備穩(wěn)定氧化錯(cuò)原料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋯陶瓷材料以其優(yōu)越的物理、化學(xué)性能正在逐漸受到各個(gè)【技術(shù)領(lǐng)域】的重視，在氧化鋯陶瓷的制造過程中，為了預(yù)防氧化鋯在晶型轉(zhuǎn)變中因發(fā)生體積變化而產(chǎn)生開裂，必須在配方中預(yù)先加入氧化釔、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈰等金屬氧化物作為穩(wěn)定劑，已經(jīng)加入穩(wěn)定劑并實(shí)現(xiàn)單斜相氧化鋯向四方相和立方相氧化鋯轉(zhuǎn)變的的氧化鋯原料稱為穩(wěn)定(或部分穩(wěn)定)氧化鋯。目前行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)穩(wěn)定氧化鋯原料一般有三種生產(chǎn)工藝:一種是化學(xué)共沉淀法，是市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，但由于生產(chǎn)過程復(fù)雜、成本相對(duì)較高、對(duì)環(huán)境造成一定的污染，限制了此類產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用；一種是電熔法，這種方法需要將原料高溫電熔，能耗高且需要特種設(shè)備，生產(chǎn)出的穩(wěn)定氧化鋯活性很低，不能用來制造高性能的精細(xì)陶瓷；另一種是水熱法，生產(chǎn)過程控制復(fù)雜，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。因此，制造出價(jià)格低廉、性能優(yōu)良、適合批量生產(chǎn)的穩(wěn)定氧化鋯粉體是許多企業(yè)、科研單位一直研究的課題，其中有單純的利用單斜相二氧化鋯粉為原料加入一定量的穩(wěn)定劑制備穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，其原料成本比化學(xué)共沉淀法生產(chǎn)的穩(wěn)定氧化鋯原料大幅度降低。但使用此方法生產(chǎn)出的陶瓷產(chǎn)品，其強(qiáng)度、硬度、密度、耐磨性等性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于用化學(xué)共沉淀原料生產(chǎn)的氧化鋯陶瓷。只是利用物理方法簡(jiǎn)單地將穩(wěn)定劑分散到單斜相氧化鋯粉料當(dāng)中，必然會(huì)造成穩(wěn)定劑分散不均，穩(wěn)定相含量低、燒成產(chǎn)品密度低、氣孔率高、抗折強(qiáng)度低、耐磨性差等缺點(diǎn)。
[0003]近幾年，氧化鋯陶瓷材料代替金屬材料在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注，生產(chǎn)氧化鋯陶瓷產(chǎn)品的企業(yè)也越來越多，主要是由于氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、高密度、高韌性、高耐磨性、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)越的物理性能。但是化學(xué)共沉淀法生產(chǎn)的穩(wěn)定氧化鋯成本太高，一直是限制氧化鋯陶瓷產(chǎn)品發(fā)展的首要問題。單純?cè)诠I(yè)氧化鋯中加穩(wěn)定劑制作的氧化鋯陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)較差，


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)易，成本大大降低，制得的穩(wěn)定氧化鋯原料比表面積大、原晶粒徑小、反應(yīng)活性高。
[0005]本發(fā)明所述的制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法是在鋯鹽中加入以氧化物或鹽形式存在的穩(wěn)定劑，使用機(jī)械混合方法將鋯鹽和穩(wěn)定劑均勻混合，然后經(jīng)150-30(TC /小時(shí)升溫至900-1100°C保溫0.5-1小時(shí)進(jìn)行煅燒，煅燒后經(jīng)150-300°C /小時(shí)冷卻到400-500°C以后再自然冷卻，即得。
[0006]所述的鋯鹽為氧氯化鋯或碳酸鋯。
[0007]所述的鋯鹽的質(zhì)量為鋯鹽和穩(wěn)定劑總質(zhì)量的85-98%。
[0008]所述的穩(wěn)定劑為氧化釔、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈰或氯化釔中的一種或幾種。
[0009]所述的穩(wěn)定劑的質(zhì)量為鋯鹽和穩(wěn)定劑總質(zhì)量的2_15%。
[0010]在鋯鹽中加入以氧化物或鹽形式存在的穩(wěn)定劑，使用機(jī)械混合方法將鋯鹽和穩(wěn)定劑均勻混合，然后經(jīng)150-300°c /小時(shí)快速升溫至900°C -1100°C保溫0.5-1小時(shí)進(jìn)行煅燒，然后將煅燒料經(jīng)150-300°C /小時(shí)快速冷卻到400-500°C以后再自然冷卻，在快速升溫的過程中由于鋯鹽會(huì)逐步失去結(jié)晶水或放出氣體，形成沸騰狀態(tài)，使各種離子混合均勻，反應(yīng)過程中新生成的氧化物具有比表面大、活性高的特點(diǎn)，有利于氧化鋯和穩(wěn)定劑的反應(yīng)更徹底、更完全，穩(wěn)定劑更均勻。煅燒后快速冷卻有利于原料保持比表面積大、原晶粒徑小、原料的活性高的特點(diǎn)。使用這種方法生產(chǎn)的原料比表面積達(dá)到20m2/g以上，原晶粒徑達(dá)到0.5 μ m以下。使用這種原料生產(chǎn)的產(chǎn)品性能更優(yōu)越。這種原料在經(jīng)過濕法球磨至D50 ( 1.0微米，噴霧造粒后經(jīng)過130-180MPa等靜壓成型和1500-1600°C、保溫2_4小時(shí)的高溫?zé)Y(jié)后就可以制成高性能的氧化鋯陶瓷材料。
[0011]穩(wěn)定劑采用氧化物時(shí)，會(huì)在煅燒過程初期的溫度和酸性條件下轉(zhuǎn)變成以鹽的陽離子形式存在的穩(wěn)定劑。
[0012]本發(fā)明可以制備以釔、鎂、鈣、鈰等多種物質(zhì)為單一穩(wěn)定劑和復(fù)合穩(wěn)定劑的部分穩(wěn)定氧化鋯、全穩(wěn)定氧化鋯、四方多晶氧化鋯原料。
[0013]本發(fā)明可以制得比表面積大、原晶粒徑小、反應(yīng)活性高的穩(wěn)定氧化鋯原料。采用本發(fā)明生產(chǎn)的穩(wěn)定氧化鋯為原料制造的氧化鋯陶瓷產(chǎn)品不但具有更加接近化學(xué)共沉淀法原料制備氧化鋯陶瓷的優(yōu)異物理、化學(xué)性能，而且與之相比生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，不需要化學(xué)反應(yīng)設(shè)備、工藝控制容易，其生產(chǎn)成本大大降低，對(duì)促進(jìn)氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品在更多領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用將起到重要作用。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0015]采用本發(fā)明生產(chǎn)的穩(wěn)定氧化鋯原料反應(yīng)均勻、徹底，穩(wěn)定化效果好，以此為原料生產(chǎn)的氧化鋯陶瓷產(chǎn)品性能與采用化學(xué)共沉淀穩(wěn)定氧化鋯粉制得的陶瓷產(chǎn)品性能接近，密度能夠達(dá)到理論密度的98%以上，完全能代替化學(xué)共沉淀穩(wěn)定氧化鋯材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。其原料生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)易，成本大大降低。

【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0017]實(shí)施例1
[0018]氧氯化鋯和氧化釔的總質(zhì)量為10kg，用98wt%氧氯化鋯和2?〖％氧化釔進(jìn)行機(jī)械混合，經(jīng)200°C /小時(shí)快速升溫至900°C保溫一小時(shí)煅燒后再經(jīng)200°C /小時(shí)急冷至400°C以后再自然冷卻至室溫制備四方多晶氧化鋯，煅燒顆粒經(jīng)X-衍射分析，四方相達(dá)到85%以上。煅燒料經(jīng)濕法磨細(xì)至D50 = 0.8 μ m后，噴霧造粒，180MPa下等靜壓成型，1560°C保溫2小時(shí)高溫?zé)Y(jié)，密度達(dá)到6.02g/cm3，彎曲強(qiáng)度達(dá)到955MPa，斷裂韌性達(dá)到11.5MPam1/2，經(jīng)X-衍射分析，四方相達(dá)到95%以上。
[0019]實(shí)施例2
[0020]氧氯化錯(cuò)、氧化釔和氧化鎂的總質(zhì)量為10kg，用92.2wt%氧氯化錯(cuò)、7.4wt%氧化釔和0.4wt%氧化鎂進(jìn)行機(jī)械混合，經(jīng)300°C /小時(shí)快速升溫至1000°C保溫0.8小時(shí)煅燒后再經(jīng)300°C /小時(shí)急冷至450°C以后再自然冷卻至室溫制備部分穩(wěn)定氧化鋯。煅燒后的顆粒料經(jīng)濕法磨細(xì)至D50 =1.0 μ m后，噴霧造粒，160MPa下等靜壓成型，1580°C保溫2小時(shí)高溫?zé)Y(jié)，密度達(dá)到6.0lg/cm3，彎曲強(qiáng)度達(dá)到682MPa，斷裂韌性達(dá)到8.2MPam1/2。
[0021]實(shí)施例3
[0022]碳酸鋯和氯化釔的總質(zhì)量為10kg，用85wt%碳酸鋯和15wt%氯化釔進(jìn)行機(jī)械混合，經(jīng)150°C /小時(shí)快速升溫至1100°C保溫0.5小時(shí)煅燒后再經(jīng)150°C /小時(shí)急冷至500°C以后再自然冷卻至室溫制備全穩(wěn)定氧化鋯。煅燒后的顆粒料經(jīng)濕法磨細(xì)至D50 = 0.6ym后，噴霧造粒，干壓成型，1600°C保溫3小時(shí)高溫?zé)Y(jié)后，密度達(dá)到6.15g/cm3，彎曲強(qiáng)度達(dá)到285MPa，斷裂韌性達(dá)2.87MPam1/2，經(jīng)X-衍射分析，立方相達(dá)到92.3%。
【權(quán)利要求】
1.一種制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法，其特征在于在鋯鹽中加入以氧化物或鹽形式存在的穩(wěn)定劑，使用機(jī)械混合方法將鋯鹽和穩(wěn)定劑均勻混合，然后經(jīng)150-30(TC /小時(shí)升溫至900-1100°C保溫0.5-1小時(shí)進(jìn)行煅燒，煅燒后經(jīng)150-300°C /小時(shí)冷卻到400-500°C以后再自然冷卻，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法，其特征在于所述的鋯鹽為氧氯化鋯或碳酸鋯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法，其特征在于所述的鋯鹽的質(zhì)量為鋯鹽和穩(wěn)定劑總質(zhì)量的85-98%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法，其特征在于所述的穩(wěn)定劑為氧化釔、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈰或氯化釔中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備穩(wěn)定氧化鋯原料的方法，其特征在于所述的穩(wěn)定劑的質(zhì)量為鋯鹽和穩(wěn)定劑總質(zhì)量的2-15%。
【文檔編號(hào)】C04B35/626GK104445395SQ201410718822
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】張昂, 吳伶俐 申請(qǐng)人:淄博華創(chuàng)精細(xì)陶瓷有限公司