一種高硬度耐磨氧化鋁陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高硬度耐磨氧化鋁陶瓷及其制備方法，屬于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]生物陶瓷(B1ceramics)是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用于人體或與人體直接相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的陶瓷材料。作為生物陶瓷材料，需要具備如下條件:生物相容性，力學(xué)相容性，與生物組織有優(yōu)異的親和性，抗血栓，滅菌性并具有很好的物理、化學(xué)穩(wěn)定性。
[0003]氧化鋁陶瓷是一種以氧化鋁為主體的陶瓷材料，氧化鋁陶瓷有較好的傳導(dǎo)性、機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性。氧化鋁陶瓷是一種用途廣泛的陶瓷，因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能，在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，滿足于日用和特殊性能的需要。氧化鋁陶瓷用作人工關(guān)節(jié)柄與氧化鋁多晶陶瓷相比具有比較高的機(jī)械強(qiáng)度，不易折斷。它還可以作為損傷骨的固定材料，主要用于制作人工骨螺釘，比用金屬材料制成的人工骨螺釘強(qiáng)度高?？梢约庸こ筛鞣N齒用的尺寸小、強(qiáng)度大的牙根，由于氧化鋁單晶與人體蛋白質(zhì)有良好的親合性能，結(jié)合力強(qiáng)，因此有利于牙故粘膜與異齒材料的附著。但是其耐磨性一般。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種耐磨性好硬度高的氧化鋁陶瓷。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)施:
一種高硬度耐磨氧化鋁陶瓷，由下列重量份的原料制成:氧化鋁90-120、氧化鎂1-5、高嶺土粉2-7、氧化鋯0.8-2、氧化鈣1.5-4、二氧化鈦2-6、三氧化二銻1.8-3.5、碳纖維0.6-3、表面活性劑0.05-0.3、聚乙烯0.5-3、無(wú)水乙醇25-30、甘油2_5、去離子水65-75。
[0006]優(yōu)選的，所述的高硬度耐磨氧化鋁陶瓷由下列重量份的原料制成:氧化鋁100-110、氧化鎂2-4、高嶺土粉4-6、氧化鋯1-1.5、氧化鈣2_3、二氧化鈦3_5、三氧化二銻
2.5-3、碳纖維1.6-2.5、表面活性劑0.05-0.2、聚乙烯1.5-2、無(wú)水乙醇26-28、甘油3-5、去離子水68-70。
[0007]優(yōu)選的，所述的高硬度耐磨氧化鋁陶瓷由下列重量份的原料制成:氧化鋁105、氧化鎂3、高嶺土粉4.5、氧化鋯1.2、氧化鈣2.8、二氧化鈦4.4、三氧化二銻2.9、碳纖維2.1、表面活性劑0.15、聚乙烯1.7、無(wú)水乙醇26、甘油4.6、去離子水68。
[0008]優(yōu)選的，所述碳纖維的長(zhǎng)度為4-6 mm。
[0009]優(yōu)選的，所述表面活性劑為單硬脂酸甘油酯、聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉中的一種或多種。
[0010]制備上述高硬度耐磨氧化鋁陶瓷的方法，包括以下具體步驟:
(1)將氧化鋁、氧化鎂、高嶺土粉、氧化錯(cuò)、氧化媽、二氧化鈦、三氧化二鋪、去離子水混合加到球磨罐中球磨60-90 min，再加入聚乙稀、無(wú)水乙醇、甘油，以300-400 rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行濕法混合40-60 min ； (2)加入碳纖維、表面活性劑，轉(zhuǎn)速降低至100-200rpm,繼續(xù)球磨40-60 min,將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于700-750°C下保溫30-50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至恒重；
(3)將步驟(2)得到的氧化鋁陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，升溫至1650-1680°C，恒溫保持120-180 min,試樣隨爐冷卻即可得到高硬度耐磨氧化鋁陶瓷。
[0011]優(yōu)選的，所述球磨罐配備有高純度氧化鎂磨球。
[0012]優(yōu)選的，步驟(3)中所述升溫其速率為30-35°C /min。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
(1)本發(fā)明添加的碳纖維可以提高氧化鋁的力學(xué)性能，提高陶瓷的斷裂韌性，提高素坯的強(qiáng)度和致密度，滿足機(jī)械加工要求添加的碳化欽進(jìn)一步提高陶瓷的耐磨性。
[0014](2)本發(fā)明添加的金屬元素提高了氧化鋁陶瓷的致密性，減少了材料的損失，提高成品率。
[0015](3)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，原料來(lái)源方便，且明顯提高了氧化鋁陶瓷的硬度和耐磨性能，擴(kuò)大了氧化鋁陶瓷的使用范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0017]實(shí)施例1
一種高硬度耐磨氧化鋁陶瓷，由下列重量份的原料制成:氧化鋁105、氧化鎂3、高嶺土粉4.5、氧化鋯1.2、氧化鈣2.8、二氧化鈦4.4、三氧化二銻2.9、碳纖維2.1、表面活性劑0.15、聚乙烯1.7、無(wú)水乙醇26、甘油4.6、去離子水68。
[0018]其中，所述碳纖維的長(zhǎng)度為4 mm，所述表面活性劑為單硬脂酸甘油酯、十二烷基磺酸鈉。
[0019]制備上述高硬度耐磨氧化鋁陶瓷的方法，包括以下具體步驟:
(1)將氧化鋁、氧化鎂、高嶺土粉、氧化錯(cuò)、氧化媽、二氧化鈦、三氧化二鋪、去離子水混合加到配備有高純度氧化鎂磨球的球磨罐中球磨90 min，再加入聚乙烯、無(wú)水乙醇、甘油，以400 rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行濕法混合60 min ；
(2)加入碳纖維、表面活性劑，轉(zhuǎn)速降低至200rpm，繼續(xù)球磨60 min，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于750°C下保溫50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至恒重；
(3)將步驟(2)得到的氧化鋁陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以35°C/min的速率升溫至1680°C，恒溫保持180 min，試樣隨爐冷卻即可得到高硬度耐磨氧化鋁陶
bL.Ο
[0020]實(shí)施例2
一種高硬度耐磨氧化鋁陶瓷，由下列重量份的原料制成:氧化鋁120、氧化鎂5、高嶺土粉7、氧化鋯2、氧化鈣4、二氧化鈦6、三氧化二銻3.5、碳纖維3、表面活性劑0.3、聚乙烯3、無(wú)水乙醇30、甘油5、去離子水75。
[0021]其中，所述碳纖維的長(zhǎng)度為6 mm，所述表面活性劑為單硬脂酸甘油酯、聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉。
[0022]制備上述高硬度耐磨氧化鋁陶瓷的方法，包括以下具體步驟:
(1)將氧化鋁、氧化鎂、高嶺土粉、氧化錯(cuò)、氧化媽、二氧化鈦、三氧化二鋪、去離子水混合加到配備有高純度氧化鎂磨球的球磨罐中球磨60 min，再加入聚乙烯、無(wú)水乙醇、甘油，以300 rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行濕法混合40 min ；
(2)加入碳纖維、表面活性劑，轉(zhuǎn)速降低至100