一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法。首先将Al2O3粉体制成Al2O3多孔陶瓷，然后在真空环境下将该Al2O3多孔陶瓷浸渍在含Zr

【技术实现步骤摘要】
一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法
本专利技术属于高温结构陶瓷
，涉及一种Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷及其制备方法。
技术介绍
Al2O3陶瓷材料具有耐高温、耐化学腐蚀、抗氧化、耐磨、机械强度高、绝缘性高等特性，是应用最广泛的高温结构陶瓷材料。但是，我们实际生产所得到的Al2O3陶瓷材料的机械性能与理论数值有较大的差距，一个主要原因是，Al2O3陶瓷材料在高温烧成时，原始的Al2O3颗粒会通过晶粒生长形成较大的尺寸，Al2O3晶粒尺寸增大会导致材料的机械性能下降。通过在Al2O3材料中引入ZrO2形成复相结构，不仅能够有效抑制Al2O3晶粒在烧成时的生长，还具有增韧作用，有效提高了材料的机械性能。在Al2O3材料中引入第二相的常规方法，是在配料时将形成第二相的原料按照设计的配比加入混合均匀，然后按照Al2O3陶瓷的生产工艺，将含第二相成分的坯料加工制造成所需的复相陶瓷制品。这是一种相对简单和相对廉价的方法，但存在的一个主要缺点是制造出的Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷容易出现第二相晶体颗粒分布不均匀的现象。现象产生的原因主要是第二相晶粒在原料处理时容易团聚。因此，如何让第二相均匀的分布在Al2O3晶粒之间，是提高Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷机械性能的关键技术之一。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法，能够有效的将第二相ZrO2颗粒均匀的分布在Al2O3颗粒之间，提高了Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的机械性能。本专利技术先采用常规的氧化铝陶瓷生产工艺，通过低温烧成制造出Al2O3多孔陶瓷，然后在真空环境下将该Al2O3多孔陶瓷浸渍在含有第二相成分Zr4+、Y3+的液体中，使液体填充到Al2O3多孔陶瓷的孔隙中，再通过水热反应，使液体中的Zr4+、Y3+转化为固体，并且通过重复浸渍和调整液体浓度控制第二相的含量，最后浸渍处理后的Al2O3多孔陶瓷经过干燥和烧成得到一种新型的第二相分布均匀性能优异的Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷。为实现本专利技术目的，提供了以下技术方案：一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤，首先将Al2O3粉体制成Al2O3多孔陶瓷，然后在真空环境下将该Al2O3多孔陶瓷浸渍在含Zr4+、Y3+的液体中，使液体填充到Al2O3多孔陶瓷的孔隙中，接着通过水热反应，使液体中的Zr4+、Y3+固化附着于Al2O3颗粒表面，再经加热处理后重复上述浸渍过程，以提高Zr元素和Y元素两种成分的含量，最后通过干燥和烧成得到成品。作为优选，含Zr4+、Y3+的液体组份以质量百分比计：硝酸锆（Zr(NO3)4·3H2O）35.0~45.8wt%，硝酸钇（Y(NO3)3·6H2O）2.2~2.8wt%，去离子水36.7~51.6wt%，尿素11.2~14.7wt%。作为优选，含Zr4+、Y3+的液体的制备方法：按比例称取硝酸锆、硝酸钇和去离子水，80~85℃水浴恒温并搅拌，在硝酸锆、硝酸钇完全溶解后将溶液冷却到20~30℃，再按比例称量尿素加入，搅拌溶解。作为优选，Al2O3多孔陶瓷浸渍在含Zr4+、Y3+的液体的具体步骤包括：将Al2O3多孔陶瓷放入密闭容器中，在真空度≤10Pa下保持10~15min，继续保持真空状态并向密闭容器注入含Zr4+、Y3+的液体，至Al2O3多孔陶瓷被液体完全浸没，真空下持续浸没10~15min；将浸渍后的Al2O3多孔陶瓷取出进行水热反应，然后加热烘干，得到含有Zr元素和Y元素成分的Al2O3多孔陶瓷；将浸渍烘干的多孔陶瓷进行加热处理，然后通过重复上述浸渍过程，来增加材料中Zr元素和Y元素两种成分的含量，重复次数0~4次。通过控制溶液的浓度和浸渍的次数来控制Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷中ZrO2和Y2O3含量。作为优选，烧成的具体步骤为：将浸渍处理后的Al2O3多孔陶瓷置于高温炉中烧成，以0.5~1℃/min的速度升温到1700~1750℃，并在最高温度恒温2~5h，随炉冷却到室温，得到本专利技术所述的Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷。作为优选，Al2O3多孔陶瓷制备步骤：按比例称量α-Al2O3、CaCO3、Y2O3、MgCO3、高岭土、10%PVA溶液和去离子水，加入球磨机湿磨16~36h，得到平均粒径在1.6~4.7μm的水性浆料，将水性浆料经过喷雾造粒加工成干压成型坯料，并以100~120MPa的压力压制成型得到所需形状尺寸的Al2O3陶瓷生坯，将生坯在60~80℃温度中烘干12~24h，使生坯含水率≤1wt%，最后放入窑炉，以0.5~1℃/min的速度升温到1300~1400℃，并在最高温度恒温2~3h，随炉冷却到室温得到Al2O3多孔陶瓷。作为优选，所述水性浆料的组份以质量百分比计：α-Al2O351.54~56.72wt%，CaCO30.00~0.10wt%，Y2O30.00~0.17wt%，MgCO30.00~0.11wt%，高岭土0.00~0.36wt%，10%的PVA溶液3~7wt%，去离子水38~41wt%。其中α-Al2O3、Y2O3为通过400目细粉，CaCO3、MgCO3和高岭土均为通过250目的细粉。作为优选，水热反应具体为：将浸渍后的Al2O3多孔陶瓷置于恒温恒湿箱，恒温温度为80~90℃，恒湿湿度≥98%，恒温恒湿时间4~8h。作为优选，加热处理具体为：将水热反应后的Al2O3多孔陶瓷置于90~100℃的恒温干燥箱中6~12h，再放到窑炉中以0.5~1℃/min的速度升温到600℃，恒温2~3h，随炉冷却到室温。本专利技术有益效果：专利技术利用水热反应将第二相的ZrO2以纳米颗粒析出并包覆在Al2O3颗粒表面，实现ZrO2的均匀分散；同时，微米级Al2O3颗粒堆积形成的缝隙构成亚微米级的模版，能够有效限制ZrO2纳米颗粒的团聚，使ZrO2第二相在Al2O3中的均匀分散，导致按照本专利技术制备的Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷具有更好的机械性能。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做更进一步的解释，下列实施例仅用于说明本专利技术，但并不用来限定本专利技术的使用范围。实施例1：（1）称取α-Al2O351.54wt%、CaCO30.10wt%、MgCO30.10wt%、高岭土0.26wt%、10%PVA溶液3wt%，去离子水45wt%，其中α-Al2O3为通过400目细粉，CaCO3、MgCO3、高岭土为通过250目的细粉，加入球磨机湿磨36h，得到平均粒径在1.6μm的水性浆料，将水性浆料经过喷雾造粒加工成干压成型坯料，并以120MPa的压力压制成型得到所需形状尺寸的Al2O3陶瓷生坯，将生坯在80℃温度中烘干12h，使生坯含水率≤1wt%，最后放入窑炉，以0.5℃/min的速度升温到1300℃，并在最高温度恒温3h，随炉冷却到室温得到Al2O3多孔陶瓷。（2）称取硝酸锆45.8wt%、硝酸钇2.8wt%、去离子水36.7wt%，80℃水浴恒温并搅拌，在硝酸锆、硝酸钇完全溶解后将溶液冷却到20℃，再加入14.7wt%尿素，搅拌溶解后得到浸渍液体。（3）将步骤（1）所得Al2O3多孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型Al

【技术特征摘要】
1.一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：首先将Al2O3粉体制成Al2O3多孔陶瓷，然后在真空环境下将该Al2O3多孔陶瓷浸渍在含Zr4+、Y3+的液体中，使液体填充到Al2O3多孔陶瓷的孔隙中，再通过水热反应，使液体中的Zr4+、Y3+固化附着于Al2O3颗粒表面，最后通过干燥和烧成得到成品。2.根据权利要求1所述的一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法，其特征在于含Zr4+、Y3+的液体组份以质量百分比计：硝酸锆（Zr(NO3)4·3H2O）35.0~45.8wt%，硝酸钇（Y(NO3)3·6H2O）2.2~2.8wt%，去离子水36.7~51.6wt%，尿素11.2~14.7wt%。3.根据权利要求2所述的一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法，其特征在于含Zr4+、Y3+的液体的制备方法：按比例称取硝酸锆、硝酸钇和去离子水，80~85℃水浴恒温并搅拌，在硝酸锆、硝酸钇完全溶解后将溶液冷却到20~30℃，再按比例称量尿素加入，搅拌溶解。4.根据权利要求1所述的一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法，其特征在于Al2O3多孔陶瓷浸渍在含Zr4+、Y3+的液体的具体步骤包括：将Al2O3多孔陶瓷放入密闭容器中，在真空度≤10Pa下保持10~15min，继续保持真空状态并向密闭容器注入含Zr4+、Y3+的液体，至Al2O3多孔陶瓷被液体完全浸没，真空下持续浸没10~15min；将浸渍后的Al2O3多孔陶瓷取出进行水热反应，然后加热烘干，得到含有Zr元素和Y元素成分的Al2O3多孔陶瓷；将浸渍烘干的多孔陶瓷进行加热处理，然后通过重复上述浸渍过程，来增加材料中Zr元素和Y元素两种成分的含量，重复次数0~4次。5.根据权利要求1所述的一种新型Al2O3/ZrO2(Y2O3)复相陶瓷的制备方法，其特征在于烧成的具体步骤为：将浸渍处理后的Al2O3多孔陶瓷置于高温炉中烧成，以0.5~1℃/...

【专利技术属性】
技术研发人员：许小静，李平，王帅，徐泽跃，郭文飞，陆丽芳，伦文山，
申请(专利权)人：江苏省陶瓷研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32