一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法及其产品。通过氧化铝、烧结助剂和增韧剂按照原料配比进行混合，球磨，干燥，冷等静压成型，烧结等步骤得到氧化铝陶瓷阀芯瓷片，由于采用纳米氧化铝和氧化锆作为烧结助剂制备得到的氧化铝陶瓷阀芯瓷片，该材料具有优异的弯曲强度、断裂韧性、硬度和低磨损率，而且弯曲强度能够达到357.8～360.06MPa、断裂韧性4.32～4.56MPa

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法及其产品
本专利技术属于陶瓷制备领域，具体涉及一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法及其产品。
技术介绍
氧化铝陶瓷(Al2O3)作为结构陶瓷的一种具有硬度高、高温稳定性好和价格低廉等优点，在工业生产中被广泛使用，但是其较低的韧性限制了进一步的应用。在氧化铝陶瓷的基础上，人们通常引入烧结助剂来改善氧化铝陶瓷的相应性能以使其使用目前的需求。由于氧化铝陶瓷具有良好的性能和强度被用于制备成陶瓷阀芯。影响氧化铝陶瓷的主要因素有断裂韧性、弹性模量、弯曲强度、硬度等，因而通过在氧化铝陶瓷制备过程中添加烧结助剂等材料等可以改善其性能，例如葛曷一等对微晶粒Al2O3-ZrO2陶瓷组织和性能进行了研究，发现以TiO2-MgO为烧结助剂，烧结温度为1600℃，纳米t-ZrO2颗粒质量分数为5％时，陶瓷的综合性能最优，其致密度为98.7％，抗折强度为274.82MPa，断裂韧性高达7.32MPa·m1/2。任会兰课题组添加15％ZrO2增韧Al2O3陶瓷后，所得材料的断裂韧性为8.42MPa·m1/2，比未添加时提高了将近50％。而目前主要添加烧结助剂有Si3N4、SiC、SiO2、ZrO2等氧化物与氧化铝陶瓷构成复合陶瓷，进一步提高Al2O3陶瓷的韧性、强度和硬度。但是现有技术中并没有研究通过添加纳米氧化铝烧结助剂用于氧化铝陶瓷制备过程中以提高Al2O3陶瓷的韧性、强度和硬度的相关研究。而且现有的研究对氧化铝陶瓷性能的提升并不是很理想，特别是在作为水龙头陶瓷阀芯时，对其强度和韧性等性能需要有较高的要求，因而如何更好的提高氧化铝陶瓷硬度的同时提高其弯曲强度和断裂韧性，仍是目前急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法及其产品，其致密性好，具有较高的弯曲强度、断裂韧性和硬度，即所述氧化铝阀芯瓷片的弯曲强度为357.8～360.06MPa、断裂韧性4.32～4.56MPa1/2、维氏硬度为1592.7～1614.8MPa，磨损率为0.04～0.09％，其是用于制备水龙头阀芯的理想材料。本专利技术采用以下技术方案：一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法，包括以下步骤：(1)将纯度大于99.5％的氧化铝、烧结助剂和SiC晶须放入球磨罐中进行球磨，其中，球磨介质为无水乙醇；所述烧结助剂为纳米氧化铝和氧化锆，所述纳米氧化铝的粒径为20～30nm，所述纳米氧化氧化铝的添加量为0.5～1wt％；所述氧化锆的添加量为0.5～1wt％；所述SiC晶须的添加量为2～5wt％；(2)球磨结束后，将得到的混合物料进行干燥，然后加入质量分数为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，陈腐20～30h后造粒，将造粒的粉体装入硬橡胶模套中，经过密封放入冷等静压机中成型，所述压力为140MPa～160MPa下保压5～10min制成胚体，将所得的胚体烘干，然后对胚体进行机械加工(使其尺寸更接近于氧化铝陶瓷阀芯瓷片按照线收缩率放大的尺寸)，在马弗炉中并在微波辅助条件下于600～800℃排胶1～2h，然后于1500～1600℃下烧结1～2h，随炉冷却至室温，再经精加工(即对完成烧结的碳化硅陶瓷阀芯进行机床加工，尤其是阀芯头部和阀芯主体的连续变径处，以保证与阀套的配套尺寸)，得到氧化铝陶瓷阀芯瓷片。优选的，在步骤(1)中，所述氧化铝的平均粒径D50为1.5μm。优选的，在步骤(1)中，所述球磨时间为3～5h，转速为380～420r/min。优选的，在步骤(2)中，所述干燥是在80～100℃下干燥4～6h；所述烘干是在60～80℃烘干12～20h。优选的，在步骤(2)中，所述排胶过程的升温速率为2～3℃/min，于1500～1600℃下烧结1～2h的升温速率为8～10℃/min。本专利技术的另一个技术方案是，基于上述制备方法制备的一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片，所述氧化铝陶瓷阀芯瓷片的弯曲强度为357.8～360.06MPa、断裂韧性4.32～4.56MPa1/2、维氏硬度为1592.7～1614.8MPa，磨损率为0.04～0.09％。本专利技术的另一个技术方案是，基于上述氧化铝陶瓷阀芯瓷片的用途，将所述陶瓷阀芯瓷片用于制备水龙头阀芯，所述水龙头阀芯时由以固定芯片和活动芯片组成，活动芯片是一对称扇形结构，通过选择活动阀芯可以调节水流量。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：1)通过氧化铝、烧结助剂和SiC晶须按照原料配比进行混合，球磨，干燥，冷等静压成型，烧结等步骤得到氧化铝陶瓷阀芯瓷片，由于采用纳米氧化铝和氧化锆作为烧结助剂，SiC晶须作为增韧剂，制备得到的氧化铝陶瓷阀芯瓷片，该材料具有优异的弯曲强度、断裂韧性、硬度和低磨损率，而且弯曲强度能够达到357.8～360.06MPa、断裂韧性4.32～4.56MPa1/2、维氏硬度为1592.7～1614.8MPa，磨损率为0.04～0.09％，是用于制备水龙头阀芯的理想材料。2)由于采用纳米氧化铝和氧化锆共同作为烧结助剂，利用两者之间的协同作用，促使了氧化铝陶瓷的致密性得到显著提高，进而提高了弯曲强度、断裂韧性和硬度，降低了磨损率，同时还添加了SiC晶须，进一步降低了磨损率,同时利用纳米氧化铝的纳米效应，使氧化铝陶瓷更加致密，性能更加优异。3)在微波辅助条件下进行排胶处理，促进了气体的排出，而且使其具有良好的烧结特性，陶瓷材料的孔隙率得到进一步降低，致密性得到提高，弯曲强度和硬度也得到进一步的提高，磨损率得到进一步降低。综上所述，本专利技术制备的一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片，由于致密性好，具有较高的弯曲强度、断裂韧性和硬度，低的磨损率，是一种用于制备水龙头阀芯的理想材料。下面通过实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。具体实施方式本专利技术提供的一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法，包括以下步骤：(1)将纯度大于99.5％的氧化铝(平均粒径D50为1.5μm)、烧结助剂和SiC晶须放入球磨罐中进行球磨，所述球磨时间为3～5h，转速为380～420r/min，其中，球磨介质为无水乙醇；所述烧结助剂为纳米氧化铝和氧化锆，所述纳米氧化铝的粒径为20～30nm，所述纳米氧化氧化铝的添加量为0.5～1wt％；所述氧化锆的添加量为0.5～1wt％；所述SiC晶须的添加量为2～5wt％；(2)球磨结束后，将得到的混合物料在80～100℃下干燥4～6h，然后加入质量分数为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，陈腐20～30h后造粒，将造粒的粉体装入硬橡胶模套中，经过密封放入冷等静压机中成型，所述压力为140MPa～160MPa下保压5～10min制成胚体，将所得的胚体在60～80℃烘干12～20h，然后对胚体进行机械加工，在马弗炉中并在微波辅助条件下于600～800℃排胶1～2h，升温速率为2～3℃/min，然后于1500～1600℃下烧结1～2h，升温速率为8～10℃/min，随炉冷却至室温，再经精加工，得到氧化铝陶瓷阀芯瓷片。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将纯度大于99.5％的氧化铝、烧结助剂和SiC晶须放入球磨罐中进行球磨，其中，球磨介质为无水乙醇；所述烧结助剂为纳米氧化铝和氧化锆，所述纳米氧化铝的粒径为20～30nm，所述纳米氧化氧化铝的添加量为0.5～1wt％；所述氧化锆的添加量为0.5～1wt％；所述SiC晶须的添加量为2～5wt％；/n(2)球磨结束后，将得到的混合物料进行干燥，然后加入质量分数为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，陈腐20～30h后造粒，将造粒的粉体装入硬橡胶模套中，经过密封放入冷等静压机中成型，所述压力为140MPa～160MPa下保压5～10min制成胚体，将所得的胚体烘干，然后对胚体进行机械加工，在马弗炉中并在微波辅助条件下于600～800℃排胶1～2h，然后于1500～1600℃下烧结1～2h，随炉冷却至室温，再经精加工，得到氧化铝陶瓷阀芯瓷片。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纯度大于99.5％的氧化铝、烧结助剂和SiC晶须放入球磨罐中进行球磨，其中，球磨介质为无水乙醇；所述烧结助剂为纳米氧化铝和氧化锆，所述纳米氧化铝的粒径为20～30nm，所述纳米氧化氧化铝的添加量为0.5～1wt％；所述氧化锆的添加量为0.5～1wt％；所述SiC晶须的添加量为2～5wt％；
(2)球磨结束后，将得到的混合物料进行干燥，然后加入质量分数为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，陈腐20～30h后造粒，将造粒的粉体装入硬橡胶模套中，经过密封放入冷等静压机中成型，所述压力为140MPa～160MPa下保压5～10min制成胚体，将所得的胚体烘干，然后对胚体进行机械加工，在马弗炉中并在微波辅助条件下于600～800℃排胶1～2h，然后于1500～1600℃下烧结1～2h，随炉冷却至室温，再经精加工，得到氧化铝陶瓷阀芯瓷片。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述氧化铝的平均粒径D50为1.5μm。


3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建平，曹培福，曹建辉，刘平，
申请(专利权)人：湖南省新化县鑫星电子陶瓷有限责任公司，湖南新华源科技有限公司，湖南聚晟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43