本发明专利技术涉及氧化钇稳定的氧化锆透明陶瓷材料和制备方法。以５～１２％（摩尔）Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］掺杂的ＺｒＯ↓［２］和ＺｎＯ按摩尔比１∶０．０１～０．１０配料，以水为介质球磨４～１０小时，经干燥、研磨、过筛后，混合料装入模具于５０～１２０ＭＰａ干压成型，再经２００～３５０ＭＰａ等静压后，在空气气氛中１２００～１５００℃烧结，升温速率２～１０℃／分钟，保温２～１０小时，得到透光性较好的透明材料。本发明专利技术采用了固溶活化晶格，以促进烧结，在较低温度下烧结有利于细化晶粒，优化显微结构，获得透光性良好的透明陶瓷。
Low temperature sintered zirconium oxide transparent ceramic material and preparation method thereof
The present invention relates to yttria stabilized zirconia transparent ceramic material and preparation method thereof. From 5 to 12% (Moore) Y: 2: O 3 doped ZrO: 2 ZnO and 1 mol ratio: 0.01 to 0.10 ingredients, with water as the medium for 4 to 10 hours of milling, drying, grinding, sieving, mixing material into a mold in 50 ~ 120MPa dry pressing after forming, isostatic pressure 200 ~ 350MPa, 1200 ~ 1500 in the air temperature sintering, the heating rate of 2 ~ 10 degrees / minutes, holding for 2 ~ 10 hours, get high transmittance of transparent material. The invention adopts a solid solution activation lattice to promote sintering, sintering at lower temperature is beneficial to refine grain, optimize microstructure, and obtain transparent ceramic with good light transmission.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷材料
，特别涉及。
技术介绍
20世纪60年代以前，根据传统概念一般认为陶瓷材料是不透明的，自从1962年Coble 制备出透明氧化铝(Al203)陶瓷以来，打破了这一传统概念，也开辟了陶瓷新的应用领域。 透明陶瓷一般是指无机粉末坯体经过烧结成陶瓷后，具有一定的透明度，当lmm厚的 抛光材料透光率大于40%，可称其为透明陶瓷。随着照明技术、光学技术、特种仪器制造、 无线电子学、信息探测、高温技术以及军事工业的发展，需要有大量高性能的光学功能材 料来提供关键的物质基础。由于陶瓷材料具有耐高温、硬度高、优良的化学稳定性、优异 的机械性能和光学性能、良好的热冲击性能、耐磨蚀与腐蚀、宽范围透光特性等独特优势， 透明陶瓷材料越来越显现出广阔的应用前景，日益受到人们的关注，发展势头十分迅猛。 由于材料制备方法的不断进步和创新，人们可以制造出越来越多的透明陶瓷材料。陶瓷属于多晶多相材料，其中可能存在气孔、晶界、杂质等缺陷，会造成光的散射和 折射，普通陶瓷由于对光有很强的散射，因而是不透明的。要使陶瓷材料具有透光性，应 消除造成光散射的各种因素，综合起来应具备如下性质(1)致密度高(达理论密度99.5 %以上)；(2)晶界上不存在空隙，如有，其尺寸应比波长小；(3)晶界上没有杂质及玻 璃相，或晶界的光学性质与晶粒之间差别很小；(4)晶粒小而且均匀；(5)晶体入射光的 选择吸收很小；(6)无光学各向异性，晶体结构是立方晶系；(7)表面光洁度高。大量研究结果表明，影响陶瓷透明性的主要因素有以下几个方面。(1) 制备因素的影响。主要有原料与添加剂、晶界结构、气孔率、烧成气氛、表面 加工光洁度等。(2) 本征因素的影响。多数陶瓷材料属于电介质多晶体，这种多晶体一般有两个重 要的共振区产生吸收光谱带。其中之一是束缚电子跃迁产生的本征吸收带。当光子能量^v >￡g (禁带宽度)时，电子吸收光子从价带激发到导带上。因此，禁带宽度越大，紫外吸 收端的截止波长就越小。而对于杂质引起的吸收比五g小很多的光子能量，则可将电子和空 穴分别激发到导带和价带上。由此可见，原子的结合力越大，原子质量越小，则振动频率 越高，红外截止波长越小，否则截止波长就越大。因此， 一般来说，材料的透波范围多数情况是包含可见光的范围，如果可见光不在这个透波范围，那么材料的本性已经决定在可 见光范围内不能透明的。介质透过率高低，也就是介质吸收的光波能量的多少，不仅与介 质的电子的能带结构有关，还与光程有关，也就是还与光穿过的介质厚度有关。(3)环境温度的影响。陶瓷材料可理解为通过晶界把晶粒无序结合在一起的多晶体， 有些材料如半导体材料，如果环境温度升高到足够的程度，在导带中的热激发电子能够吸 收较少的能量，从而在导带内进入更高的能态，使得电子在足够的温度下能够有更多的机 率进入导带，这就使得紫外截至波段随着温度向长波长方向移动，即所谓的红移趋势。对 于透明材料的红外截止波段，随着温度的升高而使原子能量增大，原子的振动频率增大， 因而共振吸收截止频率增大，因此红外截止波长縮短，具有蓝移的趋势。透明陶瓷制备工艺表面看似与普通陶瓷并无太大区别，但是从技术上看二者有显著不 同，前者比后者对工艺上的要求要严格得多。透明陶瓷制备过程中最重要的步骤是粉体制 备和烧结工艺，尽量减少造成光散射和吸收的因素，如气孔率、晶界、杂质等缺陷。透明陶瓷粉料有多种制备方法，主要有固相法、化学沉淀法、溶胶一凝胶法、自蔓延 法等。通过物理气相沉积和化学气相沉积可以获得透明的陶瓷薄膜。普通陶瓷的各种成型 方法都可用来成型块体透明陶瓷，目前用得较多的仍是干压成型和等静压成型。要得到致密的、气孔率低的透明陶瓷，对烧结技术要求很高，必须采用不同于普通陶 瓷的特殊烧结工艺。透明陶瓷的烧结方法多种多样，最常用的是常压烧结，这种方法成本 低，是最普通的烧结方法。除此之外，人们还采用其他特种烧结方法，如热压烧结、气氛 烧结、微波烧结、真空烧结以及放电等离子烧结技术。自从第一块透明Ak03陶瓷问世以来，透明陶瓷经过几十年的发展，世界上许多国家， 尤其是美国、日本、英国、俄罗斯、法国等对透明陶瓷材料作了大量研究工作，先后开发 了 A1203、 MgO、 Y203、 Ti02、石榴石、尖晶石、y-A10N等氧化物透明陶瓷以及A1N、 ZnS、 ZnSe、 MgF2、 CaF2等非氧化物透明陶瓷，分别应角于红外窗口材料、透明技术、光 学、激光器等领域。另已成功研制出透明PLZT电光陶瓷。这些都已有大量的文献报道。氧化锆(Zr02)是一种重要的陶瓷材料，在结构材料和功能材料领域都具有重要的应 用。它具有单斜、四方和立方三种晶型，如果在氧化锆中固溶适量的氧化钇，使其稳定在 立方晶型，从结晶学角度便满足作为透光材料的基本条件。如果从粉末制备到烧成工艺各 个环节严格控制，尽量避免引起光散射的各种因素的存在，就可望获得透明陶瓷。其中一 个很重要的措施就是采用少量掺杂，利用不同的机理，促进烧结，获得致密度高、晶粒细 小、结构均匀的陶瓷材料。经过文献检索，虽然国内基本上没有透明氧化锆陶瓷材料的报道，但是国外却有大量 制备氧化钇稳定的氧化锆透明材料以及透明薄膜的报道Wolff M, Clasen R. Fabrication of transparent polycrystalline zirconia ceramics . CF/Cera脂'c For腦/她ma"'o"fl/, 2005， 82(9):E49; Anselmi陽Tamburini U, Woolman J N， Munir Z A. Transparent nanometric cubic and tetragonal zirconia ob，ained by high-pressure pulsed electric current sintering . ^c ra"ced Fw"cf/owa/ M3fer油,2007, 17(16): 3267-3273; Yamane H， Hirai T. Yttria stabilized zirconia transparent films prepared by chemical vapor deposition . / CV75/fl/ GrawA， 1989, 94(4): 880-884，主要是关于材料的制备工艺以及通过其他掺杂研究对材料制备和透光性能的影 响。只有有限的文章报道了Zr02掺杂ZnO的透明薄膜材料Ohya Y， Kume T, Ban T. Fabrication of zinc oxide transparent thin-film transistor with ZrO2 insulating layer by sol-gel method . C7z/wese ZV 戸'cs, 2007, 16(2): 548-552; Qadri S B， Kim H, Horwitz J S， " a/. Transparent conducting films of ZnO陽ZrO2: Structure and properties . / ^p歸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温烧结氧化锆透明陶瓷材料，其特征是化学式和含量如下：Ｚｒ↓［１－２ｘ］Ｙ↓［２ｘ］Ｏ↓［２－ｘ］，ｘ＝０．０５～０．１２。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞松，余芬，任建勋，张伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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