一种氧化锆陶瓷制造技术

本发明专利技术公开了一种氧化锆陶瓷。本发明专利技术的氧化锆陶瓷包含增韧剂和稳定剂，所述增韧剂为过渡族金属氧化物，所述氧化锆陶瓷中增韧剂的含量为0.05‑20wt％，所述稳定剂为Y

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆陶瓷
本专利技术涉及氧化锆陶瓷领域，具体涉及一种用于便携式电子设备外包装部件的氧化锆陶瓷。
技术介绍
二氧化锆由于具有优良的力学、热学及电学性能，在结构材料、光学材料、氧敏元件和燃料电池方面有着广泛的应用。近年来，氧化锆陶瓷因具有高的折射率、高硬度、耐划伤、手感温润如玉等特性成为装饰、电子产品等领域的新宠材料。但相较于金属和塑料材质，陶瓷材料通常具有较大的脆性，导致其在抗冲击和跌落方面的性能较差。尤其是以智能手机、智能穿戴等为代表的便携式电子设备的外包装部件对材料抗冲击性能的要求更高，这也成为业内一直持续改进的方向。普通的氧化锆陶瓷，其抗冲击性能对应本专利中的落球冲击高度测试方法，一般在15cm以下。采用普通的氧化锆陶瓷来制作手机、智能穿戴等便携式电子设备的外包装部件时，厚度需要做到0.7mm以上，才能保证抗冲击性能满足要求，但这样导致整个设备重量过大。目前对便携式电子设备的外包装部件的厚度要求一般是要在0.4mm以下，这就要求所用的氧化锆陶瓷的抗冲击性能至少提高一倍，才能满足抗冲击性能要求。目前，行业内有很多通过掺杂改性氧化锆陶瓷的研究，但大多都是为获得具有特定颜色的氧化锆陶瓷或者只是单纯的降低陶瓷的烧结温度，很少对氧化锆陶瓷的抗冲击性能进行改进。在提高氧化锆陶瓷抗冲击性能方面，现有的方法有两种：(1)通过降低氧化锆陶瓷中稳定剂(通常为Y2O3)的含量，来提高氧化锆的可相变性，从而实现抗冲击性能的提高；(2)通过引入氧化物晶须，使得氧化锆陶瓷断裂时通过裂纹偏转和晶须拔出机制耗散冲击能量，来提高其抗冲击性能。通过降低稳定剂的含量，虽然可以一定程度提高氧化锆陶瓷的抗冲击性能，但该方法也会导致材料的抗低温老化性能急剧下降，不利于长期的使用要求。另外，如CN206551610U中通过引入氧化物晶须来提高氧化锆陶瓷抗冲击性能的方法，其Al2O3晶须的制备工艺复杂，成本较高，不利于大批量生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种抗冲击性能高的氧化锆陶瓷。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种氧化锆陶瓷，所述氧化锆陶瓷包含增韧剂和稳定剂，所述增韧剂为过渡族金属氧化物，所述氧化锆陶瓷中增韧剂的含量为0.05-20wt％，所述稳定剂为Y2O3，且所述氧化锆陶瓷中Y2O3的含量为3.1-7wt％；所述氧化锆陶瓷中存在具有核壳结构的四方氧化锆，所述具有核壳结构的四方氧化锆晶体中心的Y2O3含量低于远离中心部分的Y2O3含量。需要说明的是，本专利技术所述过渡族金属氧化物不包括Y2O3。在氧化锆陶瓷中，通常会添加Y2O3作为稳定剂，主要是让四方氧化锆在烧结冷却过程中能稳定到室温。在外应力的作用下，该四方氧化锆可通过相变增韧提高氧化锆陶瓷的抗冲击性能，但在单纯添加Y2O3的条件下，氧化锆陶瓷基体中Y2O3分布较为均匀，可以发挥的相变增韧效果有限。本专利技术试验发现，通过在氧化锆陶瓷材料中添加过渡族金属氧化物，可以进一步提高氧化锆陶瓷的抗冲击性能。在烧结致密化过程中，分布于晶界的过渡族金属氧化物可以诱导稳定剂Y2O3向晶界处扩散富集，最终部分四方氧化锆形成Y2O3的核壳结构，如图1所示。在这种核壳结构中，中心部分的四方氧化锆具有较低的Y2O3含量，相变趋势强，能充分发挥相变增韧的效果；而远离中心部分的四方氧化锆具有更高的Y2O3含量，可有效阻止中心部分的四方相氧化锆在烧结降温过程中因转变为单斜相而失去相变增韧作用，因此，具有以上Y2O3的核壳结构的氧化锆陶瓷，其抗冲击性能得到大幅提升。在本专利技术的技术方案中，以Y2O3作为稳定剂，主要是让四方氧化锆在室温下仍然保持四方相，Y2O3添加量一般在3.1-7wt％。Y2O3含量过高会导致四方相过于稳定，甚至出现立方相，从而降低相变增韧效果；若Y2O3含量过低，四方相的稳定性太差，氧化锆的低温老化现象加剧。此外，试验结果表明，所述氧化锆陶瓷中过渡族金属氧化物的含量应该控制为0.05-20wt％。当过渡族金属氧化物的含量低于0.05wt％时，增韧剂的增韧效果不明显，对氧化锆陶瓷的抗冲击性能的提高效果不明显，当过渡族金属氧化物的含量高于20wt％时，会导致氧化锆的烧结性能下降，同时四方氧化锆含量降低，抗冲击性能反而降低。在过渡族金属氧化物含量相同的条件下，不同种类的过渡族金属氧化物对氧化锆陶瓷的抗冲击性能的提升效果也有所不同，优选地，所述过渡族金属氧化物的阳离子半径小于Zr4+离子的半径，所述过渡族金属氧化物更优选为Cu、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物中的至少一种，更有利于提升氧化锆陶瓷的抗冲击性能。需要说明的是，本专利技术中过渡族金属氧化物的引入方式可以为金属盐、氧化物、复合氧化物中的至少一种。所述金属盐可以为硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐等形式的至少一种，其在烧结过程中分解氧化成氧化物。优选地，所述氧化锆陶瓷中增韧剂的含量为0.15-15wt％，对氧化锆陶瓷的抗冲击性能的提高效果最好。本专利技术还提供了上述氧化锆陶瓷在便携式电子设备外包装部件中的应用。本专利技术制备得到的氧化锆陶瓷抗冲击性能高，根据本专利技术的测试方法，其落球冲击高度从现有的15cm以下，提高到20cm以上，满足了现有便携式电子设备外包装部件的使用需求。本专利技术还提供了上述过渡族金属氧化物在提高氧化锆陶瓷的抗冲击性能中的应用，所述氧化锆陶瓷包含过渡族金属氧化物和稳定剂，所述氧化锆陶瓷中过渡族金属氧化物的含量为0.05-20wt％，所述稳定剂为Y2O3，且所述氧化锆陶瓷中Y2O3的含量为3.1-7wt％；所述氧化锆陶瓷中存在具有核壳结构的四方氧化锆，所述具有核壳结构的四方氧化锆晶体中心的Y2O3含量低于远离中心部分的Y2O3含量。现有氧化锆陶瓷中的过渡族金属氧化物一般是通过减小晶体界面的生长，减少烧结后晶体尺寸，从而达到减少因相变而造成的开裂问题，或者是作为颜色色料或烧结助剂来降低烧结温度、减小晶粒尺寸。而本专利技术研究发现，过渡族金属氧化物通过诱导稳定剂Y2O3向晶界处扩散富集，使得最终氧化锆陶瓷中的部分四方氧化锆形成Y2O3的核壳结构，在这种核壳结构中，中心部分的四方氧化锆具有较低的Y2O3含量，相变趋势强，能充分发挥相变增韧的效果；而远离中心部分的四方氧化锆具有更高的Y2O3含量，可有效阻止中心部分的四方相氧化锆在烧结降温过程中因转变为单斜相而失去相变增韧作用。优选地，在上述应用中，所述过渡族金属氧化物的阳离子半径小于Zr4+离子的半径。优选地，在上述应用中，所述过渡族金属氧化物为Cu、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物中的至少一种。优选地，在上述应用中，所述氧化锆陶瓷中过渡族金属氧化物的含量为0.15-15wt％，能够进一步提高氧化锆陶瓷的抗冲击性能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过在氧化锆陶瓷材料中添加过渡族金属氧化物，大幅提高了材料的抗冲击性能，制备到的氧化锆陶瓷的落球冲击高度从现有的15cm以下，提高到20cm以上，满足了现有便携式电子设备外包装部件的使用需求。...

【技术保护点】
1.一种氧化锆陶瓷，其特征在于，所述氧化锆陶瓷包含增韧剂和稳定剂，所述增韧剂为过渡族金属氧化物，所述氧化锆陶瓷中增韧剂的含量为0.05-20wt％，所述稳定剂为Y

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆陶瓷，其特征在于，所述氧化锆陶瓷包含增韧剂和稳定剂，所述增韧剂为过渡族金属氧化物，所述氧化锆陶瓷中增韧剂的含量为0.05-20wt％，所述稳定剂为Y2O3，且所述氧化锆陶瓷中Y2O3的含量为3.1-7wt％；所述氧化锆陶瓷中存在具有核壳结构的四方氧化锆，所述具有核壳结构的四方氧化锆晶体中心的Y2O3含量低于远离中心部分的Y2O3含量。


2.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷，其特征在于，所述过渡族金属氧化物的阳离子半径小于Zr4+离子的半径。


3.根据权利要求1或2所述的氧化锆陶瓷，其特征在于，所述过渡族金属氧化物为Cu、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的氧化锆陶瓷，其特征在于，所述氧化锆陶瓷中增韧剂的含量为0.15-15wt％。


5.权利要求1-4任一项所述的氧化锆陶瓷在便携式...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱基华，郑镇宏，
申请(专利权)人：潮州三环集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44