本發(fā)明涉及一種用于拉線輪的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷及其拉線輪的生產(chǎn)方法，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
陶瓷拉線輪是金屬絲線生產(chǎn)設(shè)備——拉絲機上的一種關(guān)鍵部件，該產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性直接影響到所生產(chǎn)的金屬絲線的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷(3y-tzp)具有優(yōu)良的機械性能，具有低熱導(dǎo)率、高的強度和韌性、低彈性模量、高抗熱沖擊性、高工作溫度(1100℃)等特性。因此被用于制造狄索爾發(fā)動機零件、內(nèi)燃機零件等。但氧化鋯陶瓷(3y-tzp)在高溫高濕環(huán)境受力時容易產(chǎn)生由表及里的相變而失去其機械性能。陶瓷拉線輪的在使用時會產(chǎn)生100攝氏度以上的溫度，同時拉絲液在使用時會產(chǎn)生高溫環(huán)境，由此會導(dǎo)致氧化鋯陶瓷(3y-tzp)拉線輪使用時會產(chǎn)品表面起槽，開裂甚至炸裂等嚴重質(zhì)量問題。鑒于此，有必要提供一種對氧化鋯陶瓷(3y-tzp)改進的技術(shù)和方法，使之在拉絲機設(shè)備上的能穩(wěn)定使用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一，是提供一種用于拉線輪的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷。采用本發(fā)明的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷所制得的陶瓷拉線輪的抗彎強度≥1200mpa，斷裂韌性≥12.5mpam1/2，洛氏硬度hra≥91，拓展了氧化鋯材料在該領(lǐng)域的應(yīng)用，而且提升了材料的機械性能。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種用于拉線輪的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷，由如下重量百分數(shù)的原料制成：3y-tzp氧化鋯粉體89.75～98.285％、α-氧化鋁0.5～5％、氧化鎂0.1～0.5％、氧化鈰0.6～1.2％、氧化鐠0.005～0.2％、偏釩酸銨0.005～0.25％、氧化鉺0.005～0.1％和磷酸二氫鈣0.5～3％。
在常壓下，氧化鋯(zro2)共有三種晶型:單斜(monoelinie)氧化鋯(m-zro2)、四方(tetragonal)氧化鋯(t-zro2)和立方(cubie)氧化鋯(c-zro2)，上述三種晶型存在于不同的溫度范圍，二者可以相互轉(zhuǎn)化：
氧化鋯四方相與單斜相之間的轉(zhuǎn)變是馬氏體相變，由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕鄷r伴有3-5％的體積膨脹和7-8％的切應(yīng)變，因此，純氧化鋯(zro2)粉料在制得成品過程(從高溫到室溫的冷卻過程)中會發(fā)生t-zro2向m-zro2的轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生體積變化導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生甚至碎裂。為了抑制冷卻過程中的馬氏體相變，使高溫的四方相保留到室溫通常有兩種方法，一種是加入適當?shù)姆€(wěn)定劑，另一種使四方相t-zro2保留到室溫的方法是降低zro2的晶粒尺寸，當t-zro2的晶粒尺寸小于臨界晶粒尺寸rc時，在低于四方相-單斜相相變的起始溫度點，四方相仍可存在。
本發(fā)明的用于拉線輪的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷，以3y-tzp氧化鋯粉體為主料，向其中摻雜α-氧化鋁、氧化鎂、氧化鈰、氧化鐠、偏釩酸銨、氧化鉺和磷酸二氫鈣這些添加劑，起到置換、填隙改性作用協(xié)同增韌氧化鋯陶瓷的功效，起到改性的作用。一方面，添加劑的摻雜，能夠通過溶入晶格形成固溶體所導(dǎo)致的晶格畸變促進燒結(jié)；稀土元素鈰、鐠和鉺的加入，可以有效的降低晶粒生長的活化能，改變晶粒取向，生長出納米晶，同時具有顯色作用，使陶瓷呈米黃色。α-氧化鋁和氧化鎂所形成的鎂鋁尖晶石，以及富集在晶界的氧化鈰都能夠?qū)Ы绲囊苿悠鸬结斣饔?，從而抑制晶粒的長大，促進氧化鋯陶瓷的晶粒細化。晶粒的細化使得晶界數(shù)量增加而且更加曲折，沿晶斷裂的時候所經(jīng)過的路徑也就越長，從而提高了韌性。另一方面，添加劑的摻雜，使得平均晶粒尺寸被控制在0.2-0.8μm的相變臨界晶粒尺寸范圍之內(nèi)，并且在α-氧化鋁、氧化鎂、氧化鈰、氧化鐠、偏釩酸銨、氧化鉺和磷酸二氫鈣這些添加劑的聯(lián)合作用下，使較多體積分數(shù)的四方氧化鋯晶粒保存到室溫，這些晶粒處于基體的約束狀態(tài)下而能夠保持穩(wěn)定。當氧化鋯陶瓷材料受到外力作用時，外力部分解除了基體的約束力，使得t-zro2轉(zhuǎn)變?yōu)閙-zro2的馬氏體相變得以順利進行，相變的過程中消耗了外加能量抑制了裂紋擴展，從而提高了陶瓷氧化鋯材料的韌性。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
進一步，由如下重量百分數(shù)的原料制成：3y-tzp氧化鋯粉體97.18％、α-氧化鋁1.2％、氧化鎂0.1％、氧化鈰0.5％、氧化鐠0.12％、偏釩酸銨0.05％、氧化鉺0.05％和磷酸二氫鈣0.8％。
采用上述進一步的有益效果是：上述為最佳參數(shù)。采用此參數(shù)制得的陶瓷拉線輪的性能最佳，所制得的陶瓷拉線輪的抗彎強度≥1200mpa，斷裂韌性≥12.5mpam1/2，洛氏硬度hra≥91。
進一步，所述3y-tzp氧化鋯粉體的中位粒徑為0.3μm,比表面積為8～15cm2/g。
采用上述進一步的有益效果是：可以不用加任何粘合劑、分散劑和增強劑的情況下對氧化鋯料進行噴霧造粒，有效減少陶瓷中混入雜質(zhì)，節(jié)省工藝成本，提高生產(chǎn)效率。
進一步，所述α-氧化鋁、氧化鎂、氧化鈰、氧化鐠、偏釩酸銨、氧化鉺和磷酸二氫鈣的中位粒徑均為20～100nm。
采用上述進一步的有益效果是：不用化學法而只用機械混合即能將上述添加劑均勻添加進氧化鋯料漿中。
本發(fā)明的目的之二，是提供上述摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪的生產(chǎn)方法。本發(fā)明的制備工藝簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)，有效提升了3y-tzp陶瓷的機械性能，拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：
取如下重量百分數(shù)的原料：3y-tzp氧化鋯粉體89.75～98.285％、α-氧化鋁0.5～5％、氧化鎂0.1～0.5％、氧化鈰0.6～1.2％、氧化鐠0.005～0.2％、偏釩酸銨0.005～0.25％、氧化鉺0.005～0.1％和磷酸二氫鈣0.5～3％，加入到球磨機中，再加入上述原料重量120％的純凈水和200％的氧化鋯磨球，球磨8～10小時成料漿，將球磨后的料漿過濾，過濾后的料漿進行噴霧造粒，造粒后的粉料密封放置12小時，再經(jīng)等靜壓成型，車坯，燒結(jié)成瓷，最后冷加工，即得所述摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
進一步，所述原料的重量百分數(shù)為：3y-tzp氧化鋯粉體97.18％、α-氧化鋁1.2％、氧化鎂0.1％、氧化鈰0.5％、氧化鐠0.12％、偏釩酸銨0.05％、氧化鉺0.05％和磷酸二氫鈣0.8％。
更進一步，所述3y-tzp氧化鋯粉體的中位粒徑為0.3μm,比表面積為8～15cm2/g。
更進一步，所述α-氧化鋁、氧化鎂、氧化鈰、氧化鐠、偏釩酸銨、氧化鉺和磷酸二氫鈣的中位粒徑均為20～100nm。
進一步，所述球磨機的內(nèi)襯為聚氨酯。
進一步，所述過濾的目數(shù)為250目。
采用上述進一步的有益效果是：減少雜質(zhì)混入到氧化鋯材料中，并可有效實施噴霧造粒工藝。
進一步，所述等靜壓成型的壓力為200mpa。
采用上述進一步的有益效果是：增加等靜壓后氧化鋯生坯的強度，并可實施車坯作業(yè)。
本發(fā)明的有益效果：
(1)采用本發(fā)明的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷所制得的陶瓷拉線輪的抗彎強度≥1200mpa，斷裂韌性≥12.5mpam1/2，洛氏硬度hra≥91，拓展了氧化鋯材料在該領(lǐng)域的應(yīng)用，而且提升了材料的機械性能。
(2)本發(fā)明的制備工藝簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)，有效提升了3y-tzp陶瓷的機械性能，拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
實施例1
本實施例的用于拉線輪的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷，由如下重量百分數(shù)的原料制成：3y-tzp氧化鋯粉體89.75％、α-氧化鋁5％、氧化鎂0.5％、氧化鈰1.2％、氧化鐠0.2％、偏釩酸銨0.25％、氧化鉺0.1％和磷酸二氫鈣3％，其中，所述3y-tzp氧化鋯粉體的中位粒徑為0.3μm,比表面積為8～15cm2/g，所述α-氧化鋁、氧化鎂、氧化鈰、氧化鐠、偏釩酸銨、氧化鉺和磷酸二氫鈣的中位粒徑均為20～100nm。
上述摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：
取如下重量百分數(shù)的原料：3y-tzp氧化鋯粉體89.75％、α-氧化鋁5％、氧化鎂0.5％、氧化鈰1.2％、氧化鐠0.2％、偏釩酸銨0.25％、氧化鉺0.1％和磷酸二氫鈣3％，加入到內(nèi)襯為聚氨酯的球磨機中，再加入上述原料重量120％的純凈水和200％的氧化鋯磨球，球磨8～10小時成料漿，將球磨后的料漿過濾，過濾的目數(shù)為250目，過濾后的料漿進行噴霧造粒，造粒后的粉料密封放置12小時，再經(jīng)200mpa等靜壓成型，車坯，燒結(jié)成瓷，最后冷加工，即得所述摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪。
實施例2
本實施例的用于拉線輪的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷，由如下重量百分數(shù)的原料制成：3y-tzp氧化鋯粉體97.18％、α-氧化鋁1.2％、氧化鎂0.1％、氧化鈰0.5％、氧化鐠0.12％、偏釩酸銨0.05％、氧化鉺0.05％和磷酸二氫鈣0.8％，其中，所述3y-tzp氧化鋯粉體的中位粒徑為0.3μm,比表面積為8～15cm2/g，所述α-氧化鋁、氧化鎂、氧化鈰、氧化鐠、偏釩酸銨、氧化鉺和磷酸二氫鈣的中位粒徑均為20～100nm。
上述摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：
取如下重量百分數(shù)的原料：3y-tzp氧化鋯粉體97.18％、α-氧化鋁1.2％、氧化鎂0.1％、氧化鈰0.5％、氧化鐠0.12％、偏釩酸銨0.05％、氧化鉺0.05％和磷酸二氫鈣0.8％，加入到內(nèi)襯為聚氨酯的球磨機中，再加入上述原料重量120％的純凈水和200％的氧化鋯磨球，球磨8～10小時成料漿，將球磨后的料漿過濾，過濾的目數(shù)為250目，過濾后的料漿進行噴霧造粒，造粒后的粉料密封放置12小時，再經(jīng)200mpa等靜壓成型，車坯，燒結(jié)成瓷，最后冷加工，即得所述摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪。
實施例3
本實施例的用于拉線輪的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷，由如下重量百分數(shù)的原料制成：3y-tzp氧化鋯粉體98.285％、α-氧化鋁0.5％、氧化鎂0.1％、氧化鈰0.6％、氧化鐠0.005％、偏釩酸銨0.005％、氧化鉺0.005％和磷酸二氫鈣0.5％，其中，所述3y-tzp氧化鋯粉體的中位粒徑為0.3μm,比表面積為8～15cm2/g，所述α-氧化鋁、氧化鎂、氧化鈰、氧化鐠、偏釩酸銨、氧化鉺和磷酸二氫鈣的中位粒徑均為20～100nm。
上述摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：
取如下重量百分數(shù)的原料：3y-tzp氧化鋯粉體98.285％、α-氧化鋁0.5％、氧化鎂0.1％、氧化鈰0.6％、氧化鐠0.005％、偏釩酸銨0.005％、氧化鉺0.005％和磷酸二氫鈣0.5％，加入到內(nèi)襯為聚氨酯的球磨機中，再加入上述原料重量120％的純凈水和200％的氧化鋯磨球，球磨8～10小時成料漿，將球磨后的料漿過濾，過濾的目數(shù)為250目，過濾后的料漿進行噴霧造粒，造粒后的粉料密封放置12小時，再經(jīng)200mpa等靜壓成型，車坯，燒結(jié)成瓷，最后冷加工，即得所述摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪。
對比試驗
將實施例2的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷拉線輪與現(xiàn)有技術(shù)中的氧化鋯陶瓷拉線輪的性能做對比，具體如表1所示。
表1性能對比
由此可見，本發(fā)明所生產(chǎn)的摻雜改性黃色氧化鋯陶瓷材料的性能優(yōu)于一般的氧化鋯陶瓷材料，不僅提升了氧化鋯陶瓷的機械性能，而且保證其在拉線輪領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。