本發(fā)明屬于陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐磨氧化鋯陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋯陶瓷具有比氧化鋁更高的強(qiáng)度、韌性與耐蝕耐磨性，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械、電子、石油等領(lǐng)域，因其獨(dú)特的應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變增韌特性，又被稱為韌性陶瓷。氧化鋯具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性(Tm＝2953K)，在生理環(huán)境中呈現(xiàn)惰性，具有很好的生物相容性。純氧化鋯具有三種同素異型體，在一定條件下可以發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變(相變)。在承受外力作用時，其t相向m相轉(zhuǎn)變的過程需吸收較高的能量，使裂紋尖端應(yīng)力松弛，增加裂紋擴(kuò)散阻力而增韌，因而具有非常高的斷裂韌性。
氧化鋯陶瓷的生產(chǎn)要求制備高純、分散性能好、粒子超細(xì)、粒度分布窄的粉體，氧化鋯超細(xì)粉末的制備方法很多，氧化鋯的提純主要有氯化和熱分解法、堿金屬氧化分解法、石灰熔融法、等離子弧法、沉淀法、膠體法、水解法、噴霧熱解法等。粉體加工方法有共沉淀法、溶膠一凝膠法、蒸發(fā)法、超臨界合成法、微乳液法、水熱合成法網(wǎng)及氣相沉積法等。
常溫下氧化鋯只以單斜相出現(xiàn)，加熱到1100℃左右轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，加熱到更高溫度會轉(zhuǎn)化為立方相。由于在單斜相向四方相轉(zhuǎn)變的時候會產(chǎn)生較大的體積變化，冷卻的時候又會向相反的方向發(fā)生較大的體積變化，容易造成產(chǎn)品的開裂，限制了純氧化鋯在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用，其耐磨性能一般。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出一種耐磨氧化鋯陶瓷，該陶瓷具有很好的耐磨性能，并且降低了液相燒結(jié)溫度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種耐磨氧化鋯陶瓷，按照重量份數(shù)計算，包括以下原料：
氧化鋯60～70份、氧化石墨烯1～3份、羥基磷灰石10～14份、表面活性劑12～16份、交聯(lián)劑9～12份與添加劑4～8份；
其中，所述氧化石墨烯加入N,N-二甲基甲酰胺溶液中制備得到氧化石墨烯分散液，再與聚硅氮烷溶液混合，然后攪拌、超聲得到混合液；所述混合溶液中，按質(zhì)量比，聚硅氮烷含量與氧化石墨烯含量的比例為1∶0.1～1。
作為優(yōu)選本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述羥基磷灰石中Ca和P之比為1:1.98。
作為優(yōu)選本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述表面活性劑為單硬脂酸甘油酯、失水山梨醇倍半油酸酯、丙二醇脂肪酸酯或琥珀酸二辛酯磺酸鈉中的一種或幾種。
作為優(yōu)選本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述交聯(lián)劑為N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、二乙烯三胺或二乙烯基苯中的一種或幾種。
作為優(yōu)選本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述添加劑為氧化鋅、碳酸鋇和氟化鈣中一種或幾種。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種耐磨氧化鋯陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
1)氧化石墨烯加入N,N-二甲基甲酰胺溶液中制備得到氧化石墨烯分散液，再與聚硅氮烷溶液混合，然后攪拌、超聲得到混合液，混合溶液中，按質(zhì)量比，聚硅氮烷含量與氧化石墨烯含量的比例為1∶0.1～1；
2)將氧化鋯、步驟1)的混合液、羥基磷灰石、表面活性劑、交聯(lián)劑與添加劑混合均勻，得到原料混合物，然后在500～600℃進(jìn)行排膠處理，排膠后的原料混合物放在鉑金坩堝內(nèi)于1150～1300℃熔化2～3h，轉(zhuǎn)到退火爐內(nèi)熱處理4～5h，緩慢冷卻至室溫，即可。
作為優(yōu)選本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述N,N-二甲基甲酰胺溶液的濃度為2～5mol/L。
作為優(yōu)選本發(fā)明的一些實(shí)施例中，浸泡時間為0.5～1.5h。
作為優(yōu)選本發(fā)明的一些實(shí)施例中，熱處理溫度為200～300℃。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明采用氧化石墨烯替代傳統(tǒng)的氧化鎂、氧化硅作為燒結(jié)助劑，發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯促進(jìn)燒結(jié)，提高了陶瓷的硬度和耐磨性能。
2、本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯混合后加入到N,N-二甲基甲酰胺溶液中浸泡預(yù)處理后，再與聚硅氮烷溶液混合，提高了氧化石墨烯在高溫處的耐高溫性能，有利于后續(xù)的高溫?zé)Y(jié)，迅速降低材料氣孔率和提高材料密度，從而較大程度降低四方多晶氧化鋯(TZP)材料的燒結(jié)溫度。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種耐磨氧化鋯陶瓷，按照重量份數(shù)計算，包括以下原料：
氧化鋯65份、氧化石墨烯2份、羥基磷灰石12份、表面活性劑14份、交聯(lián)劑10份與添加劑6份。
羥基磷灰石中Ca和P之比為1:1.98。
表面活性劑為單硬脂酸甘油酯與失水山梨醇倍半油酸酯的混合物。
交聯(lián)劑為N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺。
添加劑為氧化鋅和氟化鈣。
制備方法，包括以下步驟：
1)氧化石墨烯加入4mol/L的N,N-二甲基甲酰胺溶液中制備得到氧化石墨烯分散液，再與聚硅氮烷溶液混合，然后攪拌、超聲得到混合液，混合溶液中，按質(zhì)量比，聚硅氮烷含量與氧化石墨烯含量的比例為1∶0.6；
2)將氧化鋯、步驟1)的混合液、羥基磷灰石、表面活性劑、交聯(lián)劑與添加劑混合均勻，得到原料混合物，然后在500℃進(jìn)行排膠處理，排膠后的原料混合物放在鉑金坩堝內(nèi)于1200℃熔化3h，轉(zhuǎn)到退火爐內(nèi)熱處理4h，熱處理溫度為260℃，緩慢冷卻至室溫，即可。
實(shí)施例2
一種耐磨氧化鋯陶瓷，按照重量份數(shù)計算，包括以下原料：
氧化鋯60份、氧化石墨烯1份、羥基磷灰石10份、表面活性劑16份、交聯(lián)劑12份與添加劑8份。
羥基磷灰石中Ca和P之比為1:1.98。
表面活性劑為丙二醇脂肪酸酯與琥珀酸二辛酯磺酸鈉的混合物。
交聯(lián)劑為二乙烯基苯中。
添加劑為氟化鈣。
制備方法，包括以下步驟：
1)氧化石墨烯加入2mol/L的N,N-二甲基甲酰胺溶液中制備得到氧化石墨烯分散液，再與聚硅氮烷溶液混合，然后攪拌、超聲得到混合液，混合溶液中，按質(zhì)量比，聚硅氮烷含量與氧化石墨烯含量的比例為1∶0.9；
2)將氧化鋯、步驟1)的混合液、羥基磷灰石、表面活性劑、交聯(lián)劑與添加劑混合均勻，得到原料混合物，然后在550℃進(jìn)行排膠處理，排膠后的原料混合物放在鉑金坩堝內(nèi)于1150℃熔化2h，轉(zhuǎn)到退火爐內(nèi)熱處理4.5h，熱處理溫度為200℃，緩慢冷卻至室溫，即可。
實(shí)施例3
一種耐磨氧化鋯陶瓷，按照重量份數(shù)計算，包括以下原料：
氧化鋯70份、氧化石墨烯3份、羥基磷灰石10份、表面活性劑16份、交聯(lián)劑9份與添加劑4份。
羥基磷灰石中Ca和P之比為1:1.98。
表面活性劑為單硬脂酸甘油酯與琥珀酸二辛酯磺酸鈉的混合物。
交聯(lián)劑為N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺。
制備方法，包括以下步驟：
1)氧化石墨烯加入5mol/L的N,N-二甲基甲酰胺溶液中制備得到氧化石墨烯分散液，再與聚硅氮烷溶液混合，然后攪拌、超聲得到混合液，混合溶液中，按質(zhì)量比，聚硅氮烷含量與氧化石墨烯含量的比例為1∶0.1；
2)將氧化鋯、步驟1)的混合液、羥基磷灰石、表面活性劑、交聯(lián)劑與添加劑混合均勻，得到原料混合物，然后在600℃進(jìn)行排膠處理，排膠后的原料混合物放在鉑金坩堝內(nèi)于1250℃熔化2h，轉(zhuǎn)到退火爐內(nèi)熱處理5h，熱處理溫度為300℃，緩慢冷卻至室溫，即可。
添加劑為氧化鋅。
實(shí)施例4
一種耐磨氧化鋯陶瓷，按照重量份數(shù)計算，包括以下原料：
氧化鋯66份、氧化石墨烯2份、羥基磷灰石13份、表面活性劑15份、交聯(lián)劑12份與添加劑8份。
羥基磷灰石中Ca和P之比為1:1.98。
表面活性劑為單硬脂酸甘油酯、失水山梨醇倍半油酸酯與琥珀酸二辛酯磺酸鈉的混合物。
交聯(lián)劑為二乙烯三胺。
添加劑為氧化鋅與氟化鈣的混合物。
制備方法，包括以下步驟：
1)氧化石墨烯加入5mol/L的N,N-二甲基甲酰胺溶液中制備得到氧化石墨烯分散液，再與聚硅氮烷溶液混合，然后攪拌、超聲得到混合液，混合溶液中，按質(zhì)量比，聚硅氮烷含量與氧化石墨烯含量的比例為1∶1；
2)將氧化鋯、步驟1)的混合液、羥基磷灰石、表面活性劑、交聯(lián)劑與添加劑混合均勻，得到原料混合物，然后在540℃進(jìn)行排膠處理，排膠后的原料混合物放在鉑金坩堝內(nèi)于1300℃熔化2h，轉(zhuǎn)到退火爐內(nèi)熱處理5h，熱處理溫度為300℃，緩慢冷卻至室溫，即可。
對比實(shí)施例1
與實(shí)施例1相同，不同在于：用氧化鋇替換氧化石墨烯。
性能測試
對實(shí)施例1～4和對比例1的陶瓷進(jìn)行性能測試，結(jié)果見表1。
表1實(shí)施例1～4和對比例1的陶瓷性能測試結(jié)果
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。