復(fù)相陶瓷的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷閥門用新材料領(lǐng)域技術(shù)，具體涉及用多階段保溫制備高韌性Al203/3Y-Zr02復(fù)相陶瓷的制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]將陶瓷材料應(yīng)用于工業(yè)閥門是一項(xiàng)大膽和有益的創(chuàng)新。陶瓷材料變形量很小，比金屬具有高得多的結(jié)合強(qiáng)度，一般情況下組成陶瓷材料的晶體離子半徑小，而且離子電價(jià)高，配位數(shù)大，這些性質(zhì)決定了陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、硬度等都非常尚O
[0003]陶瓷閥門有著普通閥門無法比擬的優(yōu)勢(shì):一是采用高技術(shù)新型陶瓷結(jié)構(gòu)材料制作閥門的密封部件和易損部件，提高了閥門產(chǎn)品的耐磨性、防腐性及密封性，大大延長了閥門的使用壽命。二是陶瓷閥門的使用可以大大降低閥門的維修更換次數(shù)，提高配套設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約設(shè)備修理費(fèi)用。三是陶瓷閥門的使用能提高工業(yè)管路系統(tǒng)的密封性，同時(shí)能最大限度地杜絕泄漏，對(duì)環(huán)境保護(hù)將起到積極的推進(jìn)作用。四是制造陶瓷的原料廣泛，成本低廉，用鋁、碳、硅等普通元素就能制造出性能優(yōu)越的陶瓷材料，可以節(jié)約大量金屬材料和稀有的礦產(chǎn)資源。
[0004]然而陶瓷本身的“脆”及難加工限制了它的應(yīng)用范圍，近十幾年來，由于馬氏體相變?cè)鲰g技術(shù)、復(fù)合材科技術(shù)及納米陶瓷概念的發(fā)展及進(jìn)步，已使陶瓷的“脆性”得到了大大改進(jìn)，其韌性和強(qiáng)度得到了極大的提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。
[0005]目前陶瓷閥門研究的重要領(lǐng)域包括:1)解決陶瓷脆性問題，提高陶瓷韌性；2)控制收縮率，提高陶瓷材料的燒制成品率；3)開發(fā)研制高溫窯；4)研制陶瓷加工設(shè)備；5)實(shí)現(xiàn)陶瓷件與金屬閥體的精密配合。由此可見，陶瓷閥門材料的增韌研究是上述研究的基礎(chǔ)，也是能否制備出高性能閥門的重要材料，因此有必要加以詳細(xì)研究。
[0006]近些年來，雖然ZrO2增韌3Y-A1 203復(fù)相陶瓷已經(jīng)成為一個(gè)成熟的增韌增強(qiáng)陶瓷體系，但始終沒有一種既能取得很好的增韌效果又能簡單經(jīng)濟(jì)制備的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提高Al203/3Y_Zr02復(fù)相陶瓷的韌性及產(chǎn)品燒成率。
[0008]本發(fā)明是高韌性Al203/3Y-Zr02M相陶瓷的制備方法，其步驟為:
高韌性Al203/3Y-Zr02M相陶瓷的制備方法，其特征在于，其步驟為:
(1)粉體的選擇和混合:采用Al2O3粉體和3Y-Zr02粉，按照二者質(zhì)量比4:1比例混合，放到球磨機(jī)中濕磨8小時(shí)，以使二者混合均勻；球磨后粉體在烘干箱中干燥，干燥溫度為80°C，然后用篩子篩分，將篩分后的粉體密封保存?zhèn)溆茫?br> (2)壓制成型:將步驟(I)中得到的粉體樣品放到鋼鑄模具中，在壓力為450MPa下干壓成型，保壓時(shí)間為10分鐘，然后退模；
(3)燒結(jié):將步驟(2)中干壓成型的陶瓷放到箱式電爐中，按照恒速升溫、多階段保溫的常壓燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)；分別在300°C、600°C、1000°C和1200°C溫度段進(jìn)行保溫，每個(gè)溫度段保溫0.5小時(shí)；在最高燒結(jié)溫度為1600°C時(shí)保溫8小時(shí)，然后停止加熱，讓其自然冷卻至IJ室溫，即得到所要制備的增韌復(fù)相陶瓷制品。
[0009]本發(fā)明方法制備的材料可用于任何對(duì)陶瓷材料具有較高韌性要求的領(lǐng)域，如:閥門、汽車。航空業(yè)等，具有較大的經(jīng)濟(jì)和使用價(jià)值。
[0010]本發(fā)明的有益之處是:采用快速升溫箱式電爐進(jìn)行常壓燒結(jié)，便于控制溫度及燒結(jié)制度，可以明顯提高制得的陶瓷樣品成品率。本發(fā)明多階段保溫制備高韌性Al203/3Y-Zr02復(fù)相陶瓷方法具有操作簡單，成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明是高韌性Al203/3Y-Zr02復(fù)相陶瓷的制備方法，其步驟為:
(1)粉體的選擇和混合:采用Al2O3粉體和3Y-Zr02粉，按照二者質(zhì)量比4:1比例混合，放到行星式球磨機(jī)中濕磨8小時(shí)，以使二者混合均勻；球磨后粉體在烘干箱中干燥，干燥溫度80°C為宜，然后用80目篩子篩分，將篩分后的粉體密封保存?zhèn)溆茫?br> (2)壓制成型:將步驟(I)中得到的粉體樣品放到鋼鑄模具中，在壓力為450MPa下干壓成型，保壓時(shí)間為10分鐘，然后退模；
(3)燒結(jié):將步驟(2)中干壓成型的陶瓷放到快速升溫箱式電爐中，按照恒速升溫、多階段保溫的常壓燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)；分別在300°C、600°C、1000°C和1200°C溫度段進(jìn)行保溫，每個(gè)溫度段保溫0.5小時(shí)；在最高燒結(jié)溫度為1600°C時(shí)保溫8小時(shí)，然后停止加熱，讓其自然冷卻到室溫，即得到所要制備的增韌復(fù)相陶瓷制品。
[0012]根據(jù)以上所述的高韌性Al203/3Y-Zr02復(fù)相陶瓷的制備方法，步驟(I)所述的Al 203粉體的純度大于99.99%，平均粒度300nm ;3Y_Zr02粉的純度大于99.9%，平均粒度20_40nm之間。
[0013]根據(jù)以上所述的高韌性Al203/3Y-Zr02復(fù)相陶瓷的制備方法，采用行星式球磨機(jī)對(duì)粉體進(jìn)行濕磨混合，濕磨介質(zhì)采用無水乙醇，且醇、球、粉料質(zhì)量比為0.8:4:1。
[0014]下面用更為具體的實(shí)施例進(jìn)一步展開本發(fā)明。
[0015]實(shí)施例1:
用市場(chǎng)采購的成品高純亞微米Al2O3粉體(純度大于99.99%，平均粒度300nm)和納米3￥-2抑2粉(純度大于99.9%，平均粒度20-40nm)，按照二者質(zhì)量比4:1比例混合，放到行星式球磨機(jī)中，在人工攪拌下，加入無水乙醇，然后濕磨8小時(shí)，以使二者混合均勻。磨球采用剛玉材質(zhì)，球磨參數(shù):醇球料質(zhì)量比為0.8:4:1。球磨后粉體放在烘干箱中，恒溫80°C干燥，干燥2小時(shí)后，用80目篩子篩分，將篩分后得到的粉體樣品放到鋼鑄模具中，在壓力為450MPa下干壓成型，保壓時(shí)間為10分鐘，然后退模，取出產(chǎn)品，直接置于快速升溫箱式電爐中，按照恒速升溫、多階段保溫的常壓燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)。分別在300°C、600°C、100tC和1200°C溫度段進(jìn)行保溫，每個(gè)溫度段保溫0.5小時(shí)；在最高燒結(jié)溫度為160(TC時(shí)保溫8小時(shí)，然后停止加熱，讓其自然冷卻到室溫，即得到所要制備的增韌復(fù)相陶瓷制品。
[0016]對(duì)所得陶瓷樣品進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果為:相對(duì)密度98.6%;維氏硬度18.54GPa ;斷裂韌性 9.3MPa.m1/2。
[0017]實(shí)施例2: 用市場(chǎng)采購的成品高純亞微米Al2O3粉體(純度大于99.99%，平均粒度300nm)和納米3￥-2抑2粉(純度大于99.9%，平均粒度20-40nm)，按照二者質(zhì)量比4:1比例混合，放到行星式球磨機(jī)中，在人工攪拌下，加入無水乙醇，然后濕磨8小時(shí)，以使二者混合均勻。磨球采用剛玉材質(zhì)，球磨參數(shù):醇球料質(zhì)量比為0.8:4:1。球磨后粉體放在烘干箱中，恒溫80°C干燥，干燥2小時(shí)后，用80目篩子篩分，將篩分后得到的粉體樣品放到鋼鑄模具中，在壓力為450MPa下干壓成型，保壓時(shí)間為10分鐘，然后退模，取出產(chǎn)品，直接置于快速升溫箱式電爐中，按照恒速升溫、多階段保溫的常壓燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)。分別在200°C、500°C、80(rC和1000°C溫度段進(jìn)行保溫，每個(gè)溫度段保溫0.5小時(shí)；在最高燒結(jié)溫度為160(TC時(shí)保溫8小時(shí)，然后停止加熱，讓其自然冷卻到室溫，即得到所要制備的增韌復(fù)相陶瓷制品。
[0018]對(duì)所得陶瓷樣品進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果為:相對(duì)密度97.4%;維氏硬度17.34GPa ;斷裂韌性 8.5MPa.m1/2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.高韌性Al203/3Y-Zr02復(fù)相陶瓷的制備方法，其特征在于，其步驟為: (1)粉體的選擇和混合:采用Al2O3粉體和3Y-Zr02粉，按照二者質(zhì)量比4:1比例混合，放到球磨機(jī)中濕磨8小時(shí)，以使二者混合均勻；球磨后粉體在烘干箱中干燥，干燥溫度為.80°C，然后用篩子篩分，將篩分后的粉體密封保存?zhèn)溆茫? (2)壓制成型:將步驟(1)中得到的粉體樣品放到鋼鑄模具中，在壓力為450MPa下干壓成型，保壓時(shí)間為10分鐘，然后退模； (3)燒結(jié):將步驟(2)中干壓成型的陶瓷放到箱式電爐中，按照恒速升溫、多階段保溫的常壓燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)；分別在300°C、600°C、1000°C和1200°C溫度段進(jìn)行保溫，每個(gè)溫度段保溫0.5小時(shí)；在最高燒結(jié)溫度為1600°C時(shí)保溫8小時(shí)，然后停止加熱，讓其自然冷卻至IJ室溫，即得到所要制備的增韌復(fù)相陶瓷制品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性Al203/3Y-Zr02復(fù)相陶瓷的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述的Al2O3粉體的純度大于99.99%，平均粒度300nm ;3Y_Zr02粉的純度大于99.9%，平均粒度20-40nm之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性Al203/3Y-Zr02復(fù)相陶瓷的制備方法，其特征在于:采用行星式球磨機(jī)對(duì)粉體進(jìn)行濕磨混合，濕磨介質(zhì)采用無水乙醇，且醇、球、粉料質(zhì)量比為.0.8:4:1。
【專利摘要】高韌性Al2O3/3Y-ZrO2復(fù)相陶瓷的制備方法，其目的是提高Al2O3/3Y-ZrO2復(fù)相陶瓷的韌性及產(chǎn)品燒成率，其步驟為：（1）粉體的選擇和混合：采用Al2O3粉體和3Y-ZrO2粉，放到行星式球磨機(jī)中濕磨8小時(shí)，以使二者混合均勻；球磨后粉體在烘干箱中干燥，將篩分后的粉體密封保存?zhèn)溆?；?）壓制成型：將粉體放到鋼鑄模具中，在壓力為450MPa下干壓成型；（3）燒結(jié)：將干壓成型的陶瓷放到箱式電爐中，按照恒速升溫、多階段保溫的常壓燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)；分別在300℃、600℃、1000℃和1200℃溫度段進(jìn)行保溫，每個(gè)溫度段保溫0.5小時(shí)；在最高燒結(jié)溫度為1600℃時(shí)保溫8小時(shí)，然后停止加熱，讓其自然冷卻到室溫，即得到陶瓷制品。
【IPC分類】C04B35/64, C04B35/10
【公開號(hào)】CN105174922
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王曉明, 喇培清, 王丙軍, 楊國來, 魏玉鵬
【申請(qǐng)人】蘭州理工大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月20日