耐磨陶瓷新材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐磨陶瓷新材料及其制备方法，其由上表面层、中间层、下表面层组成；上表面层材料为层状双金属氢氧化物(LDHs)，[M

【技术实现步骤摘要】
耐磨陶瓷新材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷材料领域，具体涉及一种耐磨陶瓷新材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来由于我国民用及国防工业经济的迅速发展，对各种陶瓷材料的需求不断增加，同时也对陶瓷材料的质量提出了更高的要求。陶瓷基复合材料不是传统意义上的陶瓷，它是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。其主要基体有玻璃陶瓷、氧化铝、氮化硅等，具有高温强度好、高耐磨性、高耐腐蚀性、低膨胀系数、隔热性好及低密度等特性，而且资源也比较丰富，有广泛的应用前景。
[0003]近些年来，高新技术的迅猛发展，有力地推动了新材料开发和使用领域的扩大。陶瓷主要由一些非金属矿物质和氮化硅、氧化硅等组成，它比起钢有更高的抗热和抗化学反应能力，十分适宜于取代各种合金来制造内燃机等耐高温机械设备。普通陶瓷经过高技术复合后，其抗疲劳强度和抗腐蚀性能甚至高于钢或高温合金材料，用它制造豪华车的发动机、宇航器材或潜水设备尤为理想。
[0004]现有技术如申请号2003801101616公开了一种多层陶瓷复合材料，其主要是在一种用于制造陶瓷复合材料的方法中，在一个生的载体层上涂覆一个第二生层，其陶瓷颗粒具有一个x≤100nm的尺寸。在共同烧结各生层时第二颗粒层压缩成一个无缺陷的细孔的功能层。成丁培道课题组对氧化锆-氧化铝系层状复合陶瓷材料进行了研究，选用氧化锆-氧化铝系设计层状复合陶瓷材料，较为系统的研究以氧化锆为基体，不同配料，不同层厚度，不同烧结工艺对氧化锆-氧化铝系层状复合陶瓷材料性能的影响，以获得良好综合性能的侧封材料，其相对于其他陶瓷具有较强的强度与断裂韧性，而硬度高于PSZ和TZP等，拥有良好的综合机械性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有优异的耐磨性、耐热疲劳性、抗菌性、高强度与断裂韧性的耐磨陶瓷新材料。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：
[0007]一种耐磨陶瓷新材料，其由上表面层、中间层、下表面层组成；
[0008]上表面层材料为层状双金属氢氧化物(LDHs)，[M
2+0.8
N
3+0.2
(OH)2][(NO
3-)
0.2
·
6H2O]；
[0009]中间层材料为氧化锆；
[0010]下表面层材料为层状双金属氢氧化物(LDHs)，[M
2+0.8
N
3+0.2
(OH)2][(NO
3-)
0.2
·
6H2O]；
[0011]其中，M
2+
为Sr
2+
、Mg
2+
和Ni
2+
中的一种，N
3+
为Al
3+
、Ga
3+
和Cr
3+
中的一种。
[0012]优选地，中间层材料氧化锆的化学组成为氧化锆+2～5wt％氧化钇；氧化钇起到稳定氧化钇的作用。
[0013]优选地，上表面层的厚度为0.25～0.35mm，中间层的厚度为5.3～5.7mm，下表面层的厚度为0.25～0.35mm；使材料与中间层结合牢固，避免出现层裂现象。
[0014]一种耐磨陶瓷新材料的制备方法，包括：配料，球磨混合，塑化造粒，干压成型，排胶，无压烧结；
[0015]将上表面层材料、中间层材料与下表面层材料分别加入塑化剂，球磨；
[0016]将下表面层材料倒入型腔底部，施加压力，依次加入中间层材料和上部表面层材料，再施加压强，得到生坯；
[0017]将生坯进行排胶、无压烧结。
[0018]本专利技术采用层状双金属氢氧化物(LDHs)作为上、下表面层材料，氧化锆作为中间层材料，组成具有三层结构的耐磨陶瓷新材料；LDHs、氧化锆与塑化剂混合之后，经塑化造粒与干压成型得到内部结构致密的陶瓷生坯，在高温烧结之后上、下表面层逸出杂质，进而使上下表面层与中间层结合牢固，防止层裂，形成致密的内部结构，同时上、下表面层各金属成分相互结合，提高材料的强度、硬度与耐磨性；同时该耐磨陶瓷新材料具有优异的韧性、耐热疲劳性，原因可能是由于表面层对裂纹的钝化与偏转引起的。除此之外，该耐磨陶瓷新材料的表面层材料LDHs与中间层材料氧化锆高温反应之后形成的复合金属氧化物在光的作用下表面能产生一些化学活性较强的自由基，能与微生物内有机物反应，进而导致微生物分解，起到抗菌的目的。
[0019]优选地，塑化剂为环氧甲酯、聚乙二醇或二乙二醇二苯甲酸钒中的一种或两种混合。
[0020]优选地，球磨时间为40～45h。
[0021]优选地，按重量份计，上表面层材料为6～12份，氧化锆为50～70份，下表面层材料为6～12份。
[0022]优选地，下表面层材料的施加压强为2.2～2.5KN/cm2，上表面层材料的施加压强为18.5～20KN/cm2；以获得一定强度的生坯。
[0023]优选地，排胶的温度曲线为：以0.5～1℃/min的升温速率从室温升至185～220℃，保温0.5～1h，再以0.5～1℃/min的升温速率升至350～450℃，保温1.5～2.5h，最后以1～2℃/min的升温速率升至600～680℃，保温0.5～1.5h。
[0024]优选地，无压烧结曲线为：以0.5～1.5℃/min的升温速率从室温升至450～550℃，保温1～1.5h，然后以1～3℃/min的升温速率升至1100～1350℃，保温0.5～0.8h，最后以1～3℃/min的升温速率升至1400～1550℃，保温1～1.5h；使陶瓷材料结构致密，防止晶粒长大，提高材料的综合性能。
[0025]优选地，LDHs材料的制备方法如下：
[0026]按照M
2+
与N
3+
摩尔比为4:1的比例，将M
2+
的硝酸盐与N
3+
的硝酸盐倒入烧杯中，加入去离子水，混合配制成溶液A；同时按照氢氧化钠摩尔浓度为1.2～1.5mol/L和碳酸钠摩尔浓度为0.6～0.8mol/L制备出缓冲溶液B。将配制好的溶液A与缓冲溶液B缓慢滴入盛有去离子水的烧杯中，同时剧烈搅拌并且保持混合液中的pH＝9.7～10.4；滴定完成后继续搅拌混合液3.5～4.5h，然后陈化20～25h，抽滤，用去离子水洗涤，95～105℃烘干14～16h得到LDHs材料。
[0027]为了进一步提高耐磨陶瓷新材料的耐磨性、耐热疲劳性、强度与断裂韧性，采取的
优选措施还包括：
[0028]采用磷酸二氢钠(MSP)对上、下表面层材料(LDHs)进行改性，得到LDHs-MSP材料；该材料作为上、下表面层材料进一步提高了陶瓷新材料的耐磨性、耐热疲劳性、强度与断裂韧性，原因可能是该材料在烧结过程中失去层间的结晶水，其结构发生变化；在高温烧结过程中，能与氧化锆进行离子交换，得到不同的金属氧化物，进而得到新的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨陶瓷新材料，其由上表面层(1)、中间层(2)、下表面层(3)组成；所述上表面层(1)材料为层状双金属氢氧化物(LDHs)，[M
2+0.8
N
3+0.2
(OH)2][(NO
3-)
0.2
·
6H2O]；所述中间层(2)材料为氧化锆；所述下表面层(3)材料为层状双金属氢氧化物(LDHs)，[M
2+0.8
N
3+0.2
(OH)2][(NO
3-)
0.2
·
6H2O]；其中，M
2+
为Sr
2+
、Mg
2+
和Ni
2+
中的一种，N
3+
为Al
3+
、Ga
3+
和Cr
3+
中的一种。2.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷新材料，其特征是：所述中间层(2)材料氧化锆的化学组成为氧化锆+2～5wt％氧化钇。3.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷新材料，其特征是：所述上表面层(1)的厚度为0.25～0.35mm，中间层(2)的厚度为5.3～5.7mm，下表面层(3)的厚度为0.25～0.35mm。4.一种耐磨陶瓷新材料的制备方法，包括：配料，球磨混合，塑化造粒，干压成型，排胶，无压烧结；将权利要求1中的上表面层材料、中间...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：嘉兴市爵拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：