氧化锆陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及氧化锆陶瓷领域，公开了一种氧化锆陶瓷及其制备方法和应用。所述氧化锆陶瓷以元素计包含：Y、Zr、Mg、Al、Si和Nb，且所述氧化锆陶瓷的物相包含：单斜相氧化锆、四方相氧化锆、硅酸锆和堇青石；其中，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：50.6‑61.1wt％的Zr、5.1‑12.6wt％的Al+Mg+Si、3.2‑3.9wt％的Y、0.3‑2.7wt％的Nb；所述氧化锆陶瓷的物相包含：60‑80wt％的单斜相氧化锆、3‑30wt％的四方相氧化锆、8‑22wt％的堇青石，0.5‑3wt％的硅酸锆。该氧化锆陶瓷可以同时具有介电常数小于30，密度低于5.40g/cm

【技术实现步骤摘要】
氧化锆陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术涉及氧化锆陶瓷领域，具体涉及氧化锆陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
氧化锆基陶瓷材料具有优良的韧性、强度、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等性能，作为功能陶瓷和结构陶瓷得到了广泛的应用。但是随着5G的到来，氧化锆陶瓷手机背板存在着重量大，介电常数高，加工难度大等问题，限制了氧化锆陶瓷在5G手机领域的应用。已有技术通过加入氧化铝降低氧化锆基陶瓷材料的密度和介电常数。但氧化铝的加入导致材料的硬度升高和韧性降低，提高了加工成本。所以，开发一种低密度、低介电，同时具有良好韧性的氧化锆基陶瓷材料变得非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决如何改进氧化锆陶瓷的介电常数和密度，且具有良好韧性的问题，提供了氧化锆陶瓷及其制备方法和应用。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种氧化锆陶瓷，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：Y、Zr、Mg、Al、Si和Nb，且所述氧化锆陶瓷的物相包含：单斜相氧化锆、四方相氧化锆堇青石和硅酸锆；其中，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：50.6-61.1wt％的Zr、5.1-12.6wt％的Al+Mg+Si、3.2-3.9wt％的Y、0.3-2.7wt％的Nb；所述氧化锆陶瓷的物相包含：60-80wt％的单斜相氧化锆、3-30wt％的四方相氧化锆、8-22wt％的堇青石，0.5-3wt％的硅酸锆。优选地，所述氧化锆陶瓷的介电常数小于30，所述氧化锆陶瓷的密度不大于5.40g/cm3，所述氧化锆陶瓷的韧性大于6.5MPam0.5。本专利技术第二方面提供一种氧化锆陶瓷的制备方法，包括：(1)将含氧化钇的氧化锆、五氧化二铌和堇青石的粉体以及分散剂和水进行湿磨，然后再与粘结剂形成浆料；(2)将所述浆料进行干燥，得到复合氧化锆粉体；(3)将所述复合氧化锆粉体进行成型，然后在空气中进行烧结，得到陶瓷；其中，基于所述粉体的总量，堇青石的含量为10-25wt％、五氧化二铌的含量为0.5-4wt％、含氧化钇的氧化锆的含量为72.5-87.5wt％，且所述氧化锆含有1.5-4mol％的氧化钇。本专利技术第三方面提供一种由本专利技术的制备方法制得的氧化锆陶瓷。本专利技术第四方面提供本专利技术的氧化锆陶瓷在制备手机背壳上的应用。通过上述技术方案，本专利技术提供的氧化锆陶瓷，能够含有四方相氧化锆、单斜相氧化锆、堇青石和硅酸锆的物相，并且各物相含量在本专利技术限定的范围内，能够具有低介电常数和密度，并具有良好的韧性。该氧化锆陶瓷可以同时具有介电常数小于30，密度低于5.40g/cm3，韧性大于6.5MPam0.5的特点，能够提供用于低介电常数、低密度、韧性好的手机背板。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术第一方面提供一种氧化锆陶瓷，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：Y、Zr、Mg、Al、Si和Nb，且所述氧化锆陶瓷的物相包含：四方相氧化锆、单斜相氧化锆、堇青石和硅酸锆；其中，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：50.6-61.1wt％的Zr、5.1-12.6wt％的Al+Mg+Si、3.2-3.9wt％的Y、0.3-2.7wt％的Nb；所述氧化锆陶瓷的物相包含：60-80wt％的单斜相氧化锆、3-30wt％的四方相氧化锆、8-22wt％的堇青石，0.5-3wt％的硅酸锆。本专利技术提出的所述氧化锆陶瓷，含有堇青石结构，可以实现陶瓷同时具有低介电常数和轻量化。根据本专利技术提供的实施方式，该元素组成可以通过能量色散型X射线荧光光谱仪EDX-7000进行XRF测试。其中，“Al+Mg+Si”是表示所述氧化锆陶瓷中，铝、镁和硅各元素总和，由堇青石带入。优选地，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：51.3-59.6％的Zr、6.1-12.1wt％的Al+Mg+Si、3.3-3.8wt％的Y、0.7-2.1wt％的Nb。所述氧化锆陶瓷中还可能含有其他元素，如氧元素；包含的所有元素的总和为100wt％。根据本专利技术，所述氧化锆陶瓷中存在特别的物相，可以通过XRD测定。优选所述氧化锆陶瓷的物相包含：65-76wt％的单斜相氧化锆，5-25wt％的四方相氧化锆、9-20wt％的堇青石，1-2wt％的硅酸锆。本专利技术提供的氧化锆陶瓷具有上述物相，能够实现陶瓷的低介电常数、轻量化和好的韧性。所述氧化锆陶瓷中可能还含有其他物相，但对本专利技术的氧化锆陶瓷没有负面影响。本专利技术中，上述所述氧化锆陶瓷包含的物相的含量以所述氧化锆陶瓷为基准。所述氧化锆陶瓷包含的所有物相的总和为100wt％。本专利技术提供的所述氧化锆陶瓷，元素组成和物相结构含有上述组成时，所述氧化锆陶瓷的介电特性、密度和韧性得到改进。本专利技术中，虽然可以考虑各种氧化物的添加所各自可能带来的作用，例如氧化钇、氧化铌可能起到稳定、增韧氧化锆的作用，堇青石主要能够起到降低介电常数、降低密度和硬度的作用。但是本专利技术提供的上述氧化锆陶瓷当含有上述特定含量的各种元素以及物相结构时，可以产生协同作用，使陶瓷同时具有低介电性能和密度，以及好的韧性。在上述限定范围之外时，获得的氧化锆陶瓷不能同时具有低介电常数、低密度和韧性好。本专利技术提供的氧化锆陶瓷能够具有低介电常数，密度也降低，实现轻量化，且韧性好。优选地，所述氧化锆陶瓷的介电常数小于30，所述氧化锆陶瓷的密度不大于5.40g/cm3；优选韧性大于6.5MPam0.5，更优选具有韧性为7-8MPam0.5。本专利技术提供的氧化锆陶瓷可以在具有低介电常数和低密度的同时，具有很好的韧性。本专利技术第二方面提供一种氧化锆陶瓷的制备方法，包括：(1)将含氧化钇的氧化锆、五氧化二铌和堇青石的粉体以及分散剂和水进行湿磨，然后在与粘结剂、形成浆料；(2)将所述浆料进行干燥，得到复合氧化锆粉体；(3)将所述复合氧化锆粉体进行成型，然后在空气中进行烧结，得到陶瓷。本专利技术中，含氧化钇的氧化锆、五氧化二铌和堇青石的粉体可以以高纯度的粉料形式单独或相结合地提供。例如氧化钇、氧化锆可以通过采用含有1.5-4mol％氧化钇稳定氧化锆粉体(粒径中值0.3-0.6μm，比表面积为7-13m2/g)，其中氧化钇的含量以氧化锆为基准。氧化铌可以采用五氧化二铌(粒径中值8-10μm)粉体。堇青石采用粒径小于0.44μm的粉体。本专利技术中，步骤(1)实现将上述作为原料的各种氧化物的粉体研磨，降低粒径并得到浆料。研磨过程为湿磨，具体过程可以包括：将上述各种氧化物的粉体和水混合为浆液，先进行球磨混合，然后再砂磨粉碎，使各种氧化物的粒径中值至纳米级(如250-500nm)。更为具体地，将上述各种氧化物按本专利技术的含量在球磨罐中加水进行球磨8-10h，然后再在砂磨机中加入分散剂和水砂磨8-10h，最后加入合适比例的粘结剂(如PVA和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锆陶瓷，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：Y、Zr、Mg、Al、Si和Nb，且所述氧化锆陶瓷的物相包含：四方相氧化锆、单斜相氧化锆、堇青石和硅酸锆；其中，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：50.6-61.1wt％的Zr、5.1-12.6wt％的Al+Mg+Si、3.2-3.9wt％的Y、0.3-2.7wt％的Nb；所述氧化锆陶瓷的物相包含：60-80wt％的单斜相氧化锆、3-30wt％的四方相氧化锆、8-22wt％的堇青石，0.5-3wt％的硅酸锆。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆陶瓷，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：Y、Zr、Mg、Al、Si和Nb，且所述氧化锆陶瓷的物相包含：四方相氧化锆、单斜相氧化锆、堇青石和硅酸锆；其中，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：50.6-61.1wt％的Zr、5.1-12.6wt％的Al+Mg+Si、3.2-3.9wt％的Y、0.3-2.7wt％的Nb；所述氧化锆陶瓷的物相包含：60-80wt％的单斜相氧化锆、3-30wt％的四方相氧化锆、8-22wt％的堇青石，0.5-3wt％的硅酸锆。


2.根据权利要求1所述的陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷包含：51.3-59.6％的Zr、6.1-12.1wt％的Al+Mg+Si、3.3-3.8wt％的Y、0.7-2.1wt％的Nb。


3.根据权利要求1或2所述的陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷的物相包含：65-76wt％的单斜相氧化锆，5-25wt％的四方相氧化锆、9-20wt％的堇青石，1-2wt％的硅酸锆。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷的介电常数小于30，所述氧化锆陶瓷的密度不大于5.40g/cm3，所述氧化锆陶瓷的韧性大于6.5MPam0.5。


5.一种氧化锆陶瓷的制备方法，包括：
(1)将含氧化钇的氧化锆、五氧化二铌和堇青石的粉体以及分散剂和水进行湿磨，然后再与粘结剂形成浆料；
(2)将所述浆料进行干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐威，林信平，陈戈，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44