一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料及其制备方法，通过如下方法制得：将氧化锆纤维短切丝，和氧化锆粉料混合均匀，加入一定量的粘结剂、结合剂和润滑剂，制备出氧化锆纤维掺加的氧化锆陶瓷坯料；然后制成符合形状要求的氧化锆坯体；在氧化锆坯体表面涂覆氧化锆溶胶、干燥、入窑烧制，得到氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，致密的氧化锆“类釉层”提高陶瓷制品的表面强度和抗摩擦性。本发明专利技术制备的氧化锆材料断裂韧性好、抗冲击性能高，大大避免消费电子陶瓷结构件的碎裂和刮花现象，延长使用寿命。加工成消费电子陶瓷结构件具有更出色的外观、更细腻的质感、更强的耐磨抗刮性、耐摔性，更好的满足以智能手机为代表的消费电子产品的要求。

A zirconia fiber toughened zirconia ceramic material and its preparation method

The invention provides a zirconia fiber toughened zirconia ceramic material and a preparation method. The zirconia fiber short-cut wire is prepared by mixing the zirconia fiber short-cut wire and the zirconia powder evenly, adding a certain amount of binder, binder and lubricant to prepare zirconia ceramic blank doped with zirconia fiber, and then the zirconia blank meeting the shape requirements is made. Zirconia fibers toughened zirconia ceramics were obtained by coating zirconia sol on the surface of the body, drying and firing in kiln. Dense zirconia glaze-like layer improved the surface strength and friction resistance of the ceramics. The zirconia material prepared by the invention has good fracture toughness and high impact resistance, greatly avoids the phenomenon of splitting and scratching of consumer electronic ceramic structural parts, and prolongs the service life. Processed into consumer electronics ceramic structural parts have better appearance, more delicate texture, stronger wear and scratch resistance, wrestling resistance, and better meet the requirements of consumer electronics products represented by smart phones.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于消费电子陶瓷结构件材料
，具体涉及一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
氧化锆陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱腐蚀及高化学稳定性等优异性质，是一种新型高技术陶瓷，同时还具有良好的人体亲肤性。随着以智能手机为代表的消费电子产品的发展，氧化锆陶瓷在该领域的应用越来越广泛。目前最主要的应用领域是后盖，这是对塑料、玻璃、金属材料的升级和补充。其次是用于指纹识别的贴片或可穿戴设备的外壳，主要受益于指纹识别器装机率的提升和对蓝宝石的替代。最后是用于锁屏和音量键等小型结构件，这是对功能机时代就有的陶瓷按键业务的延续。氧化锆陶瓷不会对信号产生屏蔽，其介电常数是玻璃材质的2倍，信号穿透性更好，抗弯强度、抗热振性等性能更加优异，比金属和玻璃材质更加符合5G通信的要求。所以，5G通信的到来将在客观上促进陶瓷机壳的普及。随着全球移动消费电子的快速发展，消费电子氧化锆陶瓷结构件的需求也与日俱增。氧化锆陶瓷同玻璃和其他陶瓷材料相比虽然相对韧性大，但仍然存在脆性大，抗冲击能力差的缺点，影响了氧化锆陶瓷材料在消费电子领域的使用范围。只有进一步改善氧化锆陶瓷的断裂韧性，实现材料强韧化，提高其可靠性和使用寿命，才能使氧化锆陶瓷材料更符合以智能手机为代表的消费电子产品的要求。
技术实现思路
为了解决上述缺陷，本专利技术提供了一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料及其制备方法，提高了氧化锆陶瓷材料的整体韧性。一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，该材料包括制备氧化锆陶瓷的氧化锆纤维、氧化锆粉料、粘结剂、结合剂和润滑剂，其特征在于：采用2~4%摩尔氧化钇稳定氧化锆纤维；在制成的中间体氧化锆坯体表面涂覆氧化锆溶胶。进一步的，为了达到更好地效果，氧化锆纤维、氧化锆粉料、粘结剂、结合剂和润滑剂混合时，各自的质量分数为：氧化锆纤维5~10%，氧化锆粉料80~90%，粘结剂3~5%，结合剂2~5%，润滑剂2~5%。进一步的，所述氧化锆粉料为市售品或者通过共沉淀法、水热法、前驱体法中的一种方法制备；优选采用2~4%摩尔氧化钇稳定氧化锆粉料，粉料粒径为50~500nm。进一步的，所述粘结剂为氧化锆溶胶。进一步的，所述结合剂为石蜡、聚丙稀或者环氧树脂、聚苯乙稀或者水、甲基纤维素、甘油组合中的一种，结合剂纯度大于99%。进一步的，所述润滑剂为硬脂酸或者石蜡；润滑剂纯度大于99%。一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将氧化锆纤维短切丝，然后和氧化锆粉料混合均匀，加入一定量的高温粘结剂、结合剂和润滑剂，制备出氧化锆纤维掺加的氧化锆陶瓷坯料；（2）通过压制成型、注射成型或者流延成型方法制成符合形状要求的氧化锆坯体；（3）氧化锆坯体表面涂覆氧化锆溶胶、干燥、入窑烧制，得到氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料。进一步的，为了使纤维与氧化锆粉混合均匀，需将长氧化锆纤维短切成短丝，达到所需长度，氧化锆纤维短丝长径比30:1~100:1。进一步的，采用压制成型，采用压机将布料均匀的坯料在模具中压制成型，成型压力为50~150MPa，优选压力为80~120MPa；成型后的坯体表面进行氧化锆溶胶涂覆，干燥，然后在1500~1800℃温度下烧制，优选温度为1550~1700℃。进一步的，采用注射成型，将氧化锆纤维、氧化锆粉料及粘结剂等混合均匀后形成粘稠熔体，高速注入模具，熔体固化为所需形状的坯体，然后脱模；表面进行氧化锆溶胶涂覆，干燥，然在在1500~1800℃温度下烧制，优选温度为1550~1700℃。进一步的，采用流延成型，将氧化锆纤维、氧化锆粉料及粘结剂等混合均匀后形成悬浮的浆料，浆料从料斗下部流至基带之上，通过基带与刮刀的相对运动形成坯膜，坯膜的厚度由刮刀控制；坯膜连同基带一起送入烘干室，溶剂蒸发，形成具有一定强度和柔韧性的坯片，然后脱模；表面进行氧化锆溶胶涂覆，在1500~1800℃温度下烧制，优选温度为1550~1700℃。本专利技术中采用氧化锆陶瓷纤维增韧氧化锆陶瓷，由传统纯粉制氧化锆陶瓷的脆性断裂转变为非脆性断裂，同质的纤维增强体和陶瓷基体能实现有效的界面结合，从而实现增韧效果最大化；同时氧化锆纤维具有高达2200℃耐温性和抗氧化性，不会出现氧化铝纤维的高温失效和碳化硅纤维的高温氧化问题；氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷是提高其韧性最佳方式。表面强化是提高陶瓷强度的成熟技术，传统陶瓷多采用施釉的方式进行。本专利技术创造性的在陶瓷坯体表面涂覆氧化锆溶胶，高温烧制过程中，这层氧化锆溶胶会形成致密的“类釉层”，这层“类釉层”与制品坯体是同质材料，不存在烧结界面结合问题，在有效提高制品表面强度的同时，更提高了制品的抗摩擦性、观赏性和亲肤性。具体实施方式下面以具体实施例来说明本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不限于此。一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，该材料包括制备氧化锆陶瓷的氧化锆纤维、氧化锆粉料、粘结剂、结合剂和润滑剂，优选采用2~4%摩尔氧化钇稳定氧化锆纤维制得；还包括氧化锆溶胶。所述氧化锆纤维为氧化钇或者氧化钙或者氧化铈或者氧化镁单独稳定的氧化锆纤维，也可以为上述复合稳定的氧化锆纤维如氧化钇氧化钙复合稳定氧化锆纤维、氧化钙氧化铈复合稳定氧化锆纤维、氧化钇氧化镁复合稳定氧化锆纤维等。实现相变增韧需要将氧化锆高温四方相稳定至室温，获得室温下受应力时可发生相变的四方相。四方相稳定至室温可以通过添加一定的稳定剂并适当控制制备工艺而得到。稳定剂主要是离子半径与Zr4+相差不超40％的稀土或碱土氧化物。其中较常用的是Y2O3，CeO2、Sc2O3、La2O3、CaO、MgO，除此之外几种有代表性的稀土氧化物稳定剂有Nb2O5、Ta2O5等。这些稳定剂可以单独稳定也可以复合稳定。复合稳定剂可以改善材料的烧结性能、提高其力学性能。本专利优选2~4%摩尔氧化钇稳定氧化锆纤维。氧化锆纤维采用高速离心甩丝、静电纺丝等方法制备，制备的氧化锆纤维长度厘米量级，为了使纤维与氧化锆粉混合均匀，需将长氧化锆纤维短切成短丝，达到所需长度，本专利优选氧化锆纤维短丝长径比30:1~100:1。优选的，氧化锆纤维、氧化锆粉料、粘结剂、结合剂和润滑剂混合时，各自的质量分数为：氧化锆纤维5~10%，氧化锆粉料80~90%，粘结剂3~5%，结合剂2~5%，润滑剂2~5%。所述氧化锆粉料为市售品或者通过共沉淀法、水热法、前驱体法其中一种方法制备；优选采用2~4%摩尔氧化钇稳定氧化锆粉料，粉料粒径为50~500nm。所述粘结剂为氧化锆溶胶。所述的润滑剂可以是硬脂酸或者聚乙烯蜡，可提高加工效率，防止和克服片材粘结，提高成品的平滑度和光泽度，改善成品外观，所述润滑剂优选纯度都大于99%。结合剂为石蜡、聚丙稀或者环氧树脂、聚苯乙稀或者水、甲基纤维素、甘油组合中的一种；结合剂纯度大于99%。结合剂最重要的作用是作为一个载体能粘结陶瓷粉体并与之充分混合分散，加热后能产生很好的流性。使之能顺利地成型而不产生缺陷。因此，作为陶瓷成型结合剂，必须具备流动特性、粘附作用、较高的导热性和较低的热膨胀系数。为了满足陶瓷不同成型工艺需求，结合剂是由多组份有机物组成，直接影响着粉料的流变性、成型性，脱脂过程，产品尺寸精度等。以上所述的氧化锆纤维增韧氧化锆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，该材料包括制备氧化锆陶瓷的氧化锆纤维、氧化锆粉料、粘结剂、结合剂和润滑剂，其特征在于：采用2~4%摩尔氧化钇稳定氧化锆纤维；在制成的中间体氧化锆坯体表面涂覆氧化锆溶胶。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，该材料包括制备氧化锆陶瓷的氧化锆纤维、氧化锆粉料、粘结剂、结合剂和润滑剂，其特征在于：采用2~4%摩尔氧化钇稳定氧化锆纤维；在制成的中间体氧化锆坯体表面涂覆氧化锆溶胶。2.根据权利要求1所述的氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，其特征在于：氧化锆纤维、氧化锆粉料、粘结剂、结合剂和润滑剂混合时，各自的质量分数为：氧化锆纤维5~10%，氧化锆粉料80~90%，粘结剂3~5%，结合剂2~5%，润滑剂2~5%。3.根据权利要求1所述的氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，其特征在于：所述氧化锆粉料为市售品或者通过共沉淀法、水热法、前驱体法中的一种方法制备；优选采用2~4%摩尔氧化钇稳定氧化锆粉料，粉料粒径为50~500nm。4.根据权利要求1所述的氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，其特征在于：所述粘结剂为氧化锆溶胶。5.根据权利要求1所述的氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，其特征在于：所述结合剂为石蜡、聚丙稀或者环氧树脂、聚苯乙稀或者水、甲基纤维素、甘油组合中的一种，结合剂纯度大于99%。6.根据权利要求1所述的氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸或者聚乙烯蜡；润滑剂纯度大于99%。7.一种如权利要求1-6任一所述的氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将氧化锆纤维短切丝，然后和氧化锆粉料混合均匀，加入一定量的高温粘结剂、结合剂和润滑剂，制备出氧化锆纤维掺加的氧化锆陶瓷坯料；（2）通过压制成型、注射...

【专利技术属性】
技术研发人员：李现祥，姜守振，
申请(专利权)人：济南瑰宝新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37