專利名稱：一種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料及其制備方法，屬于無機非金屬(陶瓷)材料領域。
背景技術：
氧化鋯陶瓷是二十世紀七十年代發展起來的一類極有發展前途的新型結構陶瓷。1972年，澳大利亞的R. G. Garvie以CaO為穩定劑制得部分穩定氧化鋯陶瓷(Ca-PSZ)，并首次指出部分穩定化ZrO2 (PSZ)的相變增韌原理，極大地擴展了 ZrO2在結構陶瓷領域的應用。氧化鋯陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、強度高、硬度大、熱膨脹系數接近于鋼等優良性能，被廣泛運用于結構陶瓷領域，它在機械、電子、石油、化工、航天、紡織、精密測量儀器、精 密機床、生物工程和醫療器械等行業有著廣泛的應用前景；由于氧化鋯陶瓷具有生物相容性好、常溫絕緣高溫導電以及優異的電性能參數等優點，廣泛運用在功能陶瓷領域，主要應用在氧傳感器、敏感元件、高溫電極材料等方面。由于氧化鋯具有有三種晶型立方、四方和單斜，他們之間存在著晶型轉變，常常伴隨著體積變化，造成陶瓷材料的破裂，因此純氧化鋯的應用受到了很大的限制。常溫下存在的是單斜的氧化鋯，四方和立方都是高溫相。為了穩定氧化鋯，必須添加一定的穩定劑，常用的穩定劑有氧化釔(Y2O3)、二氧化鋪(CeO2)、氧化I丐(CaO)、氧化鎂(MgO)等。其中最常用的是Y2O3,研究最多的也是Y203。但是研究發現，Y2O3穩定的氧化鋯陶瓷材料在使用時存在一些不足，在高溫高濕度環境下其力學性能退化很快，使其使用環境溫度受限。然而CeO2穩定的氧化鋯陶瓷材料就可以克服這些不足，是一種較理想的氧化鋯穩定劑，作為穩定劑與Y2O3相比還有如下優點價格低廉，且能在較寬的范圍內與氧化鋯形成立方相固溶區，且不需要超細粉末即可制得性能較好的氧化鋯陶瓷材料，并能使立方相氧化鋯陶瓷材料穩定在室溫。立方相氧化鋯陶瓷屬于螢石結構(AB2型結構)，略偏于理想結構。由于該結構的特殊性——存在氧八面體空隙，非常利于陽離子的遷移和擴散，因此具有很強的固體電解質導電能力。盡管在力學性能立方相氧化鋯不如四方相氧化鋯陶瓷材料，但立方相氧化鋯陶瓷主要運用在首飾、氧傳感器、敏感元件、固體氧化物燃料電池、高溫電極材料等領域。

發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料及其制備方法，采用二氧化鈰來穩定氧化鋯陶瓷材料，采用傳統陶瓷制備工藝，制定合適的燒結制度，在較低的燒結溫度下，常壓氧氣氣氛燒結制備鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案
一種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料，采用商業微米氧化鋯Zra8Cea2O2粉體和二氧化鈦微米粉作為初始粉料，其質量百分比組成為商業氧化鋯粉末9(Tl00wt%，二氧化鈦0 10wt%。所述商業微米氧化鋯Zrtl 8Cetl 2O2粉體為氧化鋯80mol%，二氧化鈰20mol%。一種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料的制備方法，具體步驟如下
(1)稱樣按照上述比例稱取一定質量的商業氧化鋯粉末和二氧化鈦粉末；
(2)混料將稱量好的粉料、無水酒精及球磨子放入球磨罐中混料，料球比為I.5:1，酒精粉料質量比為4:1;
(3)球磨將混合料球磨，球磨機轉速為50轉/min，球磨時間為IOh；
(4)烘干將球磨好的粉料在烘箱內烘干，烘干溫度為100°C；
(5)煅燒將烘干的粉體置于馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為1000°C，保溫時間為5h；
(6)二次球磨將煅燒好的粉體再次置于球磨機中球磨，球磨時間IOh ；
(7)出料烘干球磨之后出料，將漿料置于烘箱內烘干，烘干溫度為100°C；
(8)造粒將烘干之后的粉料進行造粒，過40目篩，形成具有良好流動性的粉料；
(9)干壓成型將造粒之后的粉料放入金屬模具中進行預成型壓制，成型壓力為3MPa；
(10)冷等靜壓將干壓成型后的坯體進行冷等靜壓，得到生坯，其壓力為200MPa；
(11)高溫燒結將上述生坯放在高溫爐中，在常壓空氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為135(Γ1600 ，保溫時間為5 10h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。針對現有技術，本發明有如下突出的優點
本發明的鈰穩定立方氧化鋯陶瓷材料具有全穩定性且成本較低，能夠廣泛應用在首飾、氧傳感器、敏感元件、高溫電極材料等領域。本發明的鈰穩定立方氧化鋯陶瓷材料燒結溫度較低(低于1600°C )，設備要求不高，可用常壓燒結方法制備。本發明添加的二氧化鈦粉末，一方面降低燒結溫度，另一方面鈦離子進入到晶格內部，有助于穩定氧化鋯。


圖I為本發明鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷的XRD圖譜。
具體實施例方式現將本發明的具體實施例敘述于后。實施例I
本實施例中，制備鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料的具體工藝步驟如下
(1)稱樣采用商業氧化錯陶瓷粉體和氧化鈦粉體，其中氧化錯商業粉95wt%,二氧化鈦 5wt% ；
(2)混料將稱量好的粉料、無水酒精及球磨子放入球磨罐中混料，料球比為I.5:1，酒精粉料質量比為4:1;
(3)球磨將混合料球磨，球磨機轉速為50轉/min，球磨時間為IOh；
(4)烘干將球磨好的粉料在烘箱內烘干，烘干溫度為100°C；
(5)煅燒將烘干的粉體置于馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為1000°C，保溫時間為5h；
(6)二次球磨將煅燒好的粉體再次置于球磨機中球磨，球磨時間IOh ；
(7)出料烘干球磨之后出料，將漿料置于烘箱內烘干，烘干溫度為100°C；
(8)造粒將煅燒之后的粉料進行造粒，過40目篩，形成具有良好流動性的粉料；(9)干壓成型將造粒之后的粉料放入金屬模具中進行預成型壓制，成型壓力為3MPa；
(10)冷等靜壓將干壓成型后的坯體進行冷等靜壓，得到生坯，其壓力為200MPa；
(11)高溫燒結將生坯放在高溫爐中，在常壓空氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為1600°C，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例2
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是氧化鋯商業粉90wt%，二氧化鈦10wt%，燒結溫度為1600°C，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例3
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是氧化鋯商業粉92wt%，二氧 化鈦8wt%，燒結溫度為1600°C，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例4
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是氧化鋯商業粉94wt%，二氧化鈦6wt%，燒結溫度為1600°C，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例5
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是氧化鋯商業粉96wt%，二氧化鈦4wt%，燒結溫度為1600°C，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例6
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是氧化鋯商業粉98wt%，二氧化鈦2wt%，燒結溫度為1600°C，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例7
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是氧化鋯商業粉100被％，二氧化鈦0wt%，燒結溫度為1600°C，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例8
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是燒結溫度為1500°C，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例9
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是燒結溫度為1400°C，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例10
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是燒結溫度為1350°c，保溫時間為5h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例12
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是燒結溫度為1600°C，保溫時間為10h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例13
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是燒結溫度為1500°C，保溫時間為10h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例14
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是燒結溫度為1400°C，保溫時間為lOh，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。實施例15
本實施例的工藝步驟與上述實施例I完全相同，所不同的是燒結溫度為1350°C，保溫時間為10h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。如圖I所示為本發明鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷的XRD圖譜。在實施例I條件下，采用商業氧化錯陶瓷粉體和氧化鈦粉體(氧化錯商業粉95wt%,二氧化鈦5wt%)作為初始原 料，經配料、球磨、煅燒、二次球磨、烘干、造粒、干壓成型、冷等靜壓成型，燒結溫度為燒結溫度為1600°C，保溫時間為5h，得到了含立方相100%的氧化鋯陶瓷。
權利要求
1.一種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料，其特征在于，采用商業微米氧化鋯Zra8Cea2O2粉體和二氧化鈦微米粉作為初始粉料，其質量百分比組成為 商業氧化鋯粉末9(Tl00wt%，二氧化鈦0 10wt%。
2.根據權利要求I所述的一種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料，其特征在于，所述商業微米氧化錯Zra8Cea2O2粉體為氧化錯80mol%, 二氧化鋪20mol%。
3.—種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下 (1)稱樣按照上述比例稱取一定質量的商業氧化鋯粉末和二氧化鈦粉末； (2)混料將稱量好的粉料、無水酒精及球磨子放入球磨罐中混料，料球比為I.5:1，酒精粉料質量比為4:1; (3)球磨將混合料球磨，球磨機轉速為50轉/min，球磨時間為IOh； (4)烘干將球磨好的粉料在烘箱內烘干，烘干溫度為100°C；(5)煅燒將烘干的粉體置于馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為1000°C，保溫時間為5h； (6)二次球磨將煅燒好的粉體再次置于球磨機中球磨，球磨時間IOh ； (7)出料烘干球磨之后出料，將漿料置于烘箱內烘干，烘干溫度為100°C； (8)造粒將烘干之后的粉料進行造粒，過40目篩，形成具有良好流動性的粉料；(9)干壓成型將造粒之后的粉料放入金屬模具中進行預成型壓制，成型壓力為3MPa；(10)冷等靜壓將干壓成型后的坯體進行冷等靜壓，得到生坯，其壓力為200MPa； (11)高溫燒結將上述生坯放在高溫爐中，在常壓空氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為135(Γ1600 ，保溫時間為5 10h，得到了鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。
全文摘要
本發明公開了一種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料及其制備方法，這種鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料的組成為商業氧化鋯粉(氧化鋯80mol%，二氧化鈰20mol%)90~100wt%，二氧化鈦0~10wt%；其燒結制備方法包括如下步驟(1)稱樣；(2)混料；(3)球磨；(4)烘干；(5)煅燒；(6)二次球磨；(7)出料烘干；(8)造粒；(9)干壓成型；(10)冷等靜壓；(11)高溫燒結得到二氧化鈰穩定的立方氧化鋯陶瓷材料。本發明的鈰穩定立方氧化鋯陶瓷材料具有全穩定性且成本較低，能夠廣泛應用在首飾、氧傳感器、敏感元件、高溫電極材料等領域。
文檔編號C04B35/48GK102887706SQ20121034205
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者劉強, 趙廣根, 楊秋紅, 王永剛, 黃棟棟, 李韞含 申請人:上海大學