高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种韧性强度可调，价格低廉的氧化锆复合陶瓷结构件，提供高纯氧化锆与其他氧化物复合的高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法，采用纳米级高纯复合氧化锆粉与无残留粘结剂，无残留表面活性剂，无残留润滑剂，无残留增塑剂进行混炼，混炼完毕后进行制粒，再将制好的颗粒放入注射成型机中进行注射成型，最后进行排胶烧结处理，即获得高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件。本发明专利技术具有高纯高强高韧高强度的优点，本发明专利技术不仅工艺和设备简单，成本低，收率高，能耗低，生产效率高，适合工业化生产。

High purity, high strength and high toughness zirconia composite ceramic structural member and preparation method thereof

The invention provides a kind of toughness strength adjustable, zirconia ceramic composite structure with low price, high purity zirconia composite oxide and other high purity high strength and high toughness zirconia ceramic composite structure and its preparing method, using high-purity nanometer zirconia composite powder with no residual binder, no residual surface active agent, no residual lubricant, no residual plasticizer mixing, mixing granulation after mixing, then the prepared powder into the injection molding machine in injection molding, finally discharging sintering processing, to obtain high purity high strength and high toughness of zirconia ceramic composite structure. The invention has the advantages of high purity, high strength, high toughness and high strength. The invention has the advantages of simple process and equipment, low cost, high yield, low energy consumption and high production efficiency, and is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法
本专利技术属于材料制备工艺
，具体涉及一种高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法。
技术介绍
随着电子信息及高端机械系统的逐步发展，注射成型制品在医疗、信息、汽车工程、自动化、环境与安全和日常生活领域得到了应用，并以每年20％的速率增长。注射成形技术与目前在机械领域广泛应用的硅基材料构件成形工艺相比，制造成本低，生产周期短，且成形工艺简单，构件质量易于保证，易实现自动化和批量生产。工业特种用途的陶瓷制件很难用普通加工方法成形，因此，注射成形技术得到了前所未有的发展。模具制造技术和注射成形机是精密陶瓷生产的关键。近年来，用电铸及脱模技术(LIGA)结合深层反应离子刻蚀技术(EDM)能生产出形状非常复杂的3D型腔，从而成功生产出异型零件，但在用氧化锆材料成形3D零件方面仍有较大困难。一般注射成形机大致由注射单元、模具、锁模装置、脱模装置、温度及压力控制系统、质量监控系统等组成。由于注射成形制品的外部尺寸可大可小，最小可达几微米，因此需要很多特殊装置及设备，如抽真空设备和变模温控制系统等。ZrO2陶瓷具有熔点高，化学性能稳定，热导率低，耐磨性好，抗腐蚀性优良等优点，在科研领域已成研究热点，在工业生产中也得到广泛应用。中国专利200910090645.8提供了一种注射成型制造齿状异形陶瓷部件的方法。将陶瓷粉体和有机粘结剂混合均匀得到注射成型混合料，所述注射成型混合料中，陶瓷粉体的重量百分含量为81-90％，有机粘结剂的重量百分含量为10-19％，注射成型混合料在注射成型机上注射成型得到坯体，注射温度在175-195℃之间，注入模具后在2分钟内脱模得到成型坯体；然后进行水萃取脱脂及热脱脂，热脱脂后的坯体进行烧结，烧结温度在1350-1550℃之间，保温1-4小时，随炉冷却，得到陶瓷部件。中国专利201010173567.0提供了一种制备彩色氧化锆陶瓷部件的方法，属于陶瓷材料制备技术和陶瓷注射成型
该方法包括以下步骤：将注射成型配料按以下质量百分比混合：氧化锆粉85～90％；低熔点粘结剂8～12％；非可溶性骨架粘结剂2～4％；然后经注射成型、坯体脱脂，再将脱脂后坯体放在含有着色离子的溶液中浸泡，最后将坯体排胶烧结可以获得彩色氧化锆陶瓷，而且通过控制浸泡时间可以实现染色深度的调控。中国专利200810121058.6提供了一种氧化锆管的制备方法，包括：(1)陶瓷浆料制备：将陶瓷粉料、微晶石蜡、聚乙烯或聚丙烯、油酸进行充分混合；(2)注射成型：通过造粒机制成适用的注射成型所需要的颗粒，最后用注射成型机生产出氧传感器锆管的坯件；(3)低温排蜡：进行长时间低温加热处理，排出石蜡树脂黏合剂；(4)冷等静压：使坯体各向受压力均匀，消除排蜡后坯体中所留下的空隙；(5)高温烧结：烧结成氧化锆管。中国专利201410437995.8提供了一种氧化锆陶瓷插芯，以氧化锆陶瓷粉为主料，在混炼的过程中加入了乙烯-醋酸乙烯共聚物、油酸、聚甲基丙烯酸酯、无规聚丙烯、石蜡，所制的氧化锆陶瓷插芯耐磨性好，抗老化，环境适应能力强，强度高；该专利技术还公开了上述氧化锆陶瓷插芯的生产工艺，依次经过干燥、混炼、压片、粉粹、注射成型、热脱脂、烧结、研磨等步骤，注射成型中采用高压低速注射，保证了注射料的密实度，无气孔。中国专利03115163.9提供了一种注射成型工艺氧化锆制品的制作工艺。其特征在于包括：对市售的纳米量级氧化锆粉料采用煅烧方法进行改性；粘结剂的选择以及注射成型和烧结制度的选择。粉料煅烧是在电炉中按3-15℃/min升温速率，加热到700-1000℃保温0.5-20h。粘结剂配比为PP∶EVA∶PE∶PW＝1-7∶1-6∶1-7∶1-8，粘结剂与改性后粉料按18∶82比例配制，在80-150℃下机械混合，造粒后注射成型，于1400-1600℃，保温1-3小时烧结成制品。最终产品密度＞5.9g/cm3，抗弯强度＞900MPa，硬度HRA＞88。中国专利200610034649.0提供了一种注射成型工艺制造氧化锆结构陶瓷制品的方法，包括如下步骤：(1)制备有机粘结剂颗粒；(2)将氧化锆粉料脱水：(3)将有机粘结剂颗粒和脱水后的氧化锆粉料混合并混炼成均匀的料泥，然后将料泥冷却并破碎，得到混合料颗粒；(4)将混合料颗粒注射成型，得到生坯；(5)将生坯浸入有机溶剂中，部分地脱除生坯中的有机粘结剂；(6)在氧化气氛中对经步骤(5)处理的生坯进行热处理；(7)烧结成瓷；必要时进行机械加工，得到制品。中国专利201210345193.5提供了一种高密度镁稳定氧化锆陶瓷，其原料配比为：ZrO2：80～99mol％；MgO：0.1～10mol％；Y2O3：0.1～0.5mol％；CaO：0.1～0.5mol％；烧结促进剂：0.1～5wt％；制备工艺为：A、粉料制备，B、陶瓷的制备：a、制混料：b、制粒；c、制坯；d、排胶；e、高温烧结。该专利技术使陶瓷材料烧成温度大大降低，在1600～1690℃下就能获得高密度陶瓷材料，其相对密度达97％左右。中国专利200710035085.7提供了一种氧化锆注塑成型方法，采用一种氧化锆陶瓷的注射成型方法和粉料有机载体及合理的脱脂工艺：以氧化锆粉末为主体，加入一定分量的经优化组合的有机载体，采用注射成型工艺制作坯体，通过合理的脱脂、烧结工艺制成高性能的氧化锆陶瓷制品。所述的氧化锆陶瓷制品制作工艺包括：密练步骤、注射成型步骤、媒介脱脂步骤、加热脱脂步骤和烧结步骤。所述的粉料有机载体包括：聚乙烯、聚丙烯、植物油、油酸和石蜡。且氧化锆粉末与粉料有机载体的配比为100∶10-80重量份数。现有技术均仅针对低纯度氧化锆注射成型技术进行研究，没有针对高纯度细晶低温烧结超韧技术进行研究，从而产品的应用面较窄，没有真正发挥氧化锆材料的韧性特性。
技术实现思路
为了解决现有技术在高端精密设备用高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件在使用中无法满足要求的情况，本专利技术提供了一种全新的高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法。本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，并提供一种韧性强度可调，价格低廉的氧化锆复合陶瓷结构件，提供高纯氧化锆与氧化铪、氧化钇、氧化铈、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化钴、氧化铁、氧化钪、氧化钒、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡、氧化钡、氧化钽、氧化钨、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化碲、氧化铽、氧化铕、氧化铒中的至少一种复合的高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法，采用纳米级高纯复合氧化锆粉与无残留粘结剂，无残留表面活性剂，无残留润滑剂，无残留增塑剂进行混炼，混炼完毕后进行制粒，再将制好的颗粒放入注射成型机中进行注射成型，最后进行排胶烧结处理，即获得高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件。本专利技术具有高纯高强高韧高强度的优点，本专利技术不仅工艺和设备简单，成本低，收率高，能耗低，生产效率高，适合工业化生产，而且能够获得质量稳定、晶粒细小可控的氧化锆复合陶瓷结构件，本专利技术过程无坏境污染，是一种新型的低成本、质量稳定的高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件的制备方法。本专利技术所述的氧化锆复合陶瓷结构件相对密度为95%~99.9%，主元素纯度为99.5%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）按特定的配比选取纳米级的氧化锆粉掺杂部分氧化物的纳米复合氧化锆粉，在纳米粉放入无残留粘结剂，无残留表面活性剂，无残留润滑剂，无残留增塑剂进行混炼；（2）将步骤（1）中获得混炼料进行造粒处理，将造好的粒放入注射成型机中进行注射成型；（3）将步骤（2）中获得注射成型坯料进行排胶及烧结处理，即得高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件；（4）测量步骤（3）中高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件的密度、纯度、晶粒尺寸、抗弯强度及硬度。

【技术特征摘要】
1.一种高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）按特定的配比选取纳米级的氧化锆粉掺杂部分氧化物的纳米复合氧化锆粉，在纳米粉放入无残留粘结剂，无残留表面活性剂，无残留润滑剂，无残留增塑剂进行混炼；（2）将步骤（1）中获得混炼料进行造粒处理，将造好的粒放入注射成型机中进行注射成型；（3）将步骤（2）中获得注射成型坯料进行排胶及烧结处理，即得高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件；（4）测量步骤（3）中高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件的密度、纯度、晶粒尺寸、抗弯强度及硬度。2.根据权利要求1所述的高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的纳米复合氧化锆粉为氧化锆中掺杂氧化铪、氧化钇、氧化铈、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化钴、氧化铁、氧化钪、氧化钒、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡、氧化钡、氧化钽、氧化钨、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化碲、氧化铽、氧化铕、氧化铒中的至少一种。3.根据权利要求1所述的高纯高强高韧氧化锆复合陶瓷结构件及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的纳米复合氧化锆粉的主元素纯度为99.9%~99.999%。4.根据权利要求1所述的高纯高强高韧氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：南京云启金锐新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32