CN107266051A - 一种氧化铝‑氧化锆陶瓷材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化铝‑氧化锆陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备氧化铝‑氧化锆悬浮液：向氧化铝粉体和氧化锆粉体中加入去离子水、分散剂，混合均匀，采用氨水调节pH为8～10，磁力搅拌30～60min，超声分散处理10～15min，得到氧化铝‑氧化锆悬浮液；(2)向上述氧化铝‑氧化锆悬浮液中加入烧结助剂MgO，以80～200rpm的转速球磨混合90～150min，获得氧化铝‑氧化锆浆料；(3)将上述氧化铝‑氧化锆浆料真空抽滤，80～100℃条件下烘干，研磨，过筛，获得氧化铝‑氧化锆粉料；(4)将上述氧化铝‑氧化锆粉料装入石墨模具，在1450～1600℃温度条件下于烧结炉中行烧结2～5h，并在500～800℃条件下保温1～2小时，冷却，获得氧化铝‑氧化锆陶瓷。本发明制得的陶瓷抗弯强度和断裂韧性高。

Description

一种氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法。
背景技术
Al2O3复合陶瓷是结构陶瓷中用途最为广泛的一种，它具有熔点高、机械强度高、硬度高、化学稳定性好、密度小、质量轻、价格便宜等特点，然而这种材料的断裂韧性非常低，极大地限制了该陶瓷材料的使用。利用ZrO2相变增韧Al2O3陶瓷具有较好的效果，该相变过程伴随着体积和形状的变化而吸收能量，降低裂纹尖端应力集中，阻止或延缓裂纹扩展，从而提高了Al2O3复合陶瓷的断裂韧性。
该复合陶瓷的性能除了与ZrO2晶型有关外，还有其颗粒粒度、颗粒均匀性有关。纳米复相陶瓷材料的裂纹偏转和裂纹弯曲等增韧机理，结合传统的相变增韧补强机理可以制备出高性能的纳米复合陶瓷材料。近几年来，微纳米ZrO2粉体制备及均匀化逐步成为研究热点问题。
纳米ZrO2粉体的制备方法一般有物理法和化学法，目前制备纳米ZrO2粉体的方法主要采用化学法，如：共沉淀法、溶胶-凝胶法和水热合成法等，该方法通常生产成本高、实验步骤较复杂，且使用较多化学试剂。物理制备法，如溅射法，操作简便，但很难获得均匀的复合材料，ZrO2易团聚，影响机械性能。
为此，有必要针对上述问题，提出一种氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，其能够解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备氧化铝-氧化锆悬浮液：向氧化铝粉体和氧化锆粉体中加入去离子水、分散剂，混合均匀，采用氨水调节pH为8～10，磁力搅拌30～60min，超声分散处理10～15min，得到氧化铝-氧化锆悬浮液；
(2)向上述氧化铝-氧化锆悬浮液中加入烧结助剂MgO，以80～200rpm的转速球磨混合90～150min，获得氧化铝-氧化锆浆料；
(3)将上述氧化铝-氧化锆浆料真空抽滤，80～100℃条件下烘干，研磨，过筛，获得氧化铝-氧化锆粉料；
(4)将上述氧化铝-氧化锆粉料装入石墨模具，在1450～1600℃温度条件下于烧结炉中行烧结2～5h，并在500～800℃条件下保温1～2小时，冷却，获得氧化铝-氧化锆陶瓷。
优选的，步骤(1)中，所述氧化铝粉体的制备方法包括：将铝盐溶液通过喷雾雾化后喷向搅拌状态下的碳酸氢铵溶液中，并加入表面活性剂聚乙二醇反应后，经沉淀、陈化、过滤、洗涤，微波干燥，煅烧，得到氧化铝粉体。
优选的，步骤(1)中，所述氧化锆粉体的制备方法包括：在含锆盐的水溶液中先加入醇，混合均匀后加入碱性沉淀剂，得到氢氧化物沉淀；将氢氧化物沉淀经过滤、洗涤，采用共沸蒸馏法脱水后在蒸馏装置中干燥、煅烧，得到氧化锆粉体。
优选的，步骤(1)中，所述分散剂为聚甲基丙烯酸铵。
优选的，所述铝盐选自氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种。
优选的，所述锆盐选自氧氯化锆、硫酸锆、碳酸锆酰中的一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中，制备工艺简单，氧化铝能够均匀地分散在氧化锆中，通过本发明中的方法制得的氧化铝-氧化锆陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性高。
具体实施方式
本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
本发明公开一种氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备氧化铝-氧化锆悬浮液：向氧化铝粉体和氧化锆粉体中加入去离子水、分散剂，混合均匀，采用氨水调节pH为8～10，磁力搅拌30～60min，超声分散处理10～15min，得到氧化铝-氧化锆悬浮液；
(2)向上述氧化铝-氧化锆悬浮液中加入烧结助剂MgO，以80～200rpm的转速球磨混合90～150min，获得氧化铝-氧化锆浆料；
(3)将上述氧化铝-氧化锆浆料真空抽滤，80～100℃条件下烘干，研磨，过筛，获得氧化铝-氧化锆粉料；
(4)将上述氧化铝-氧化锆粉料装入石墨模具，在1450～1600℃温度条件下于烧结炉中行烧结2～5h，并在500～800℃条件下保温1～2小时，冷却，获得氧化铝-氧化锆陶瓷。
上述步骤(1)中，所述分散剂为聚甲基丙烯酸铵。
在一实施例中，所述氧化铝粉体的制备方法包括：将铝盐溶液通过喷雾雾化后喷向搅拌状态下的碳酸氢铵溶液中，并加入表面活性剂聚乙二醇反应后，经沉淀、陈化、过滤、洗涤，微波干燥，煅烧，得到氧化铝粉体。
其中，所述铝盐选自氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种。
在一实施例中，所述氧化锆粉体的制备方法包括：在含锆盐的水溶液中先加入醇，混合均匀后加入碱性沉淀剂，得到氢氧化物沉淀；将氢氧化物沉淀经过滤、洗涤，采用共沸蒸馏法脱水后在蒸馏装置中干燥、煅烧，得到氧化锆粉体。
其中，所述锆盐选自氧氯化锆、硫酸锆、碳酸锆酰中的一种。
实施例
1、制备氧化铝粉体
将氯化铝溶液通过喷雾雾化后喷向搅拌状态下的碳酸氢铵溶液中，并加入表面活性剂聚乙二醇反应后，经沉淀、陈化、过滤、洗涤，微波干燥，煅烧，得到氧化铝粉体。
2、制备氧化锆粉体
在含硫酸锆的水溶液中先加入醇，混合均匀后加入碱性沉淀剂，得到氢氧化物沉淀；将氢氧化物沉淀经过滤、洗涤，采用共沸蒸馏法脱水后在蒸馏装置中干燥、煅烧，得到氧化锆粉体。
3、制备氧化铝-氧化锆陶瓷材料
向上述氧化铝粉体和上述氧化锆粉体中加入去离子水、聚甲基丙烯酸铵，混合均匀，采用氨水调节pH为9，磁力搅拌40min，超声分散处理10min，得到氧化铝-氧化锆悬浮液；
向上述氧化铝-氧化锆悬浮液中加入烧结助剂MgO，以150rpm的转速球磨混合120min，获得氧化铝-氧化锆浆料；
将上述氧化铝-氧化锆浆料真空抽滤，80℃条件下烘干，研磨，过筛，获得氧化铝-氧化锆粉料；
将上述氧化铝-氧化锆粉料装入石墨模具，在1550℃温度条件下于烧结炉中行烧结3h，并在500～800℃条件下保温1.5小时，冷却，获得氧化铝-氧化锆陶瓷。
本发明中，对制得的氧化铝-氧化锆陶瓷采用三点弯曲断裂法进行抗弯强度测试，采用单边切口梁三点弯曲断裂法进行断裂韧性测试，力学性能结果：抗弯强度为389MPa，断裂韧性为5.68MPa·m1/2。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (6)

1.一种氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备氧化铝-氧化锆悬浮液：向氧化铝粉体和氧化锆粉体中加入去离子水、分散剂，混合均匀，采用氨水调节pH为8～10，磁力搅拌30～60min，超声分散处理10～15min，得到氧化铝-氧化锆悬浮液；
(2)向上述氧化铝-氧化锆悬浮液中加入烧结助剂MgO，以80～200rpm的转速球磨混合90～150min，获得氧化铝-氧化锆浆料；
(3)将上述氧化铝-氧化锆浆料真空抽滤，80～100℃条件下烘干，研磨，过筛，获得氧化铝-氧化锆粉料；
(4)将上述氧化铝-氧化锆粉料装入石墨模具，在1450～1600℃温度条件下于烧结炉中行烧结2～5h，并在500～800℃条件下保温1～2小时，冷却，获得氧化铝-氧化锆陶瓷。
2.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化铝粉体的制备方法包括：将铝盐溶液通过喷雾雾化后喷向搅拌状态下的碳酸氢铵溶液中，并加入表面活性剂聚乙二醇反应后，经沉淀、陈化、过滤、洗涤，微波干燥，煅烧，得到氧化铝粉体。
3.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化锆粉体的制备方法包括：在含锆盐的水溶液中先加入醇，混合均匀后加入碱性沉淀剂，得到氢氧化物沉淀；将氢氧化物沉淀经过滤、洗涤，采用共沸蒸馏法脱水后在蒸馏装置中干燥、煅烧，得到氧化锆粉体。
4.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散剂为聚甲基丙烯酸铵。
5.根据权利要求2所述的氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述铝盐选自氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种。
6.根据权利要求3所述的氧化铝-氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述锆盐选自氧氯化锆、硫酸锆、碳酸锆酰中的一种。
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