延性域去除尺度提升的3Y-TZP氧化锆陶瓷烧结方法技术

本发明专利技术涉及一种延性域去除尺度提升的3Y

【技术实现步骤摘要】
延性域去除尺度提升的3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷烧结方法


[0001]本专利技术属于无机非金属材料制造
，涉及一种延性域去除尺度提升的3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷烧结方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天、半导体和电子工程的发展，需要超精密切削加工的脆性陶瓷零件越来越多。而陶瓷材料的切削加工一直是切削加工领域的一个难题，其原因为陶瓷材料脆性断裂的去除机理会在切削加工区产生众多裂纹，降低加工表面质量，难以实现超精密切削加工。
[0003]在脆性材料超精密切削加工时，如果切削深度小于延
‑
脆转变临界切深，可以实现脆性材料的延性切削。氧化锆陶瓷作为应用最为广泛的陶瓷材料之一，在完全烧结后具有高硬高脆特征，其延性域去除尺度极小。这就要求切削过程中的切削深度要控制在很小的值之下，不但对机床的运动精度提出了很高的要求，同时也会大大降低加工效率。
[0004]目前氧化锆陶瓷的烧结方法除完全烧结外，还有一种分步烧结法。分步烧结法是指先在较低的温度下对陶瓷坯料进行预烧结，其目的为大幅降低陶瓷硬度，从而实现对其的大余量加工，加工结束后再对其在高温下进行二次完全烧结。但目前预烧结温度通常低于1000℃，在此烧结温度下，陶瓷材料仍为多孔隙结构，结晶过程尚未启动，晶间结合强度低下，从而导致材料在切削载荷的作用下裂纹更易在团簇的晶粒间成核扩展，而非位错滑移运动。
[0005]多晶陶瓷材料延性去除的微观实质为材料内部的连续位错滑移运动，因此在现有预烧结温度下，预烧结后的3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料无法产生延性去除行为，从而无法实现陶瓷材料的超精密加工。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种延性域去除尺度提升的3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷烧结方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，先对3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料进行预烧结，再对其进行切削加工，加工结束后，再对其进行二次完全烧结得到3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷，其中预烧结温度为1100℃～1300℃；
[0009]3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷即添加有3mol％氧化钇稳定剂的氧化锆陶瓷；
[0010]本专利技术与现有技术最主要的区别是预烧结温度，本专利技术通过控制预烧结温度为1100℃～1300℃可制得具有高切削加工性的3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料，即同时具有相对较低的材料硬度、稳定的延
‑
脆去除特征以及较大的延性域去除尺度的3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料；当预烧结温度低于1100℃时，虽然3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料的硬度较低，但是陶瓷材料延
‑
脆去除行为不明显，延性域去除尺度较小；当预烧结温度高于1300℃时，虽然3Y
‑
TZP氧化锆陶
瓷坯料的陶瓷材料延
‑
脆去除行为明显，延性域去除尺度较大，但是3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料呈现高硬特征，不再适合直接切削加工；因此本专利技术控制预烧结温度为1100℃～1300℃。
[0011]在本专利技术的预烧结温度(1100℃～1300℃)下3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料具有相对较低的材料硬度，原因是多晶陶瓷硬度取决于晶粒间最小固相接触面积，随着烧结温度的提升，在烧结驱动力的作用下将使晶粒由高比表面积和高表面能状态转向低比表面积和低表面能状态(固
‑
固接触状态)，在1300℃后，晶粒间将生成明显晶界，显著增大晶粒间最小固相接触面积，从而使陶瓷材料呈现高硬度状态；
[0012]在本专利技术的预烧结温度(1100℃～1300℃)下3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料具有稳定的延
‑
脆去除特征，原因是在1100℃前陶瓷材料未发生结晶行为，晶粒仅在烧结驱动力的作用下发生中心靠拢，晶间传质行为尚未启动，因此晶粒彼此间呈分离特征，这样疏松的微观结构将导致材料在切削载荷的作用下发生不规则断裂，从而无法呈现出延
‑
脆去除特征；在1100℃后，随着烧结温度的提高，在烧结驱动力的作用下，晶间传质行为已经启动，晶粒间形成了烧结颈，具有了一定的结合强度，根据位错滑移理论可知，脆性材料发生延性去除的实质是晶粒间的位错滑移运动，只有当晶粒间具有一定结合强度时，才可使材料产生滑移塑性变形，而非解理断裂；
[0013]在本专利技术的预烧结温度(1100℃～1300℃)下3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料具有较大的延性域去除尺度，原因是当烧结温度超过1300℃后，晶粒间形成了清晰明显的晶界，大大加强了晶间结合强度，在材料去除过程中，裂纹总会沿着消耗能量最低的方向扩展，过大的晶间结合强度将导致裂纹沿晶粒内部扩展，从而产生脆性断裂，而非塑性滑移运动。
[0014]作为优选的技术方案：
[0015]如上所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，预烧结后的3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料的维氏硬度为103～1156HV，延性域去除尺度为1.35～3.51μm。
[0016]如上所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，预烧结温度为1200℃。
[0017]如上所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，预烧结后的3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料的维氏硬度为518HV，延性域去除尺度为3.51μm。
[0018]如上所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，预烧结采用等温常压烧结方式，温升速率为5℃/min，保温时间为1h，温升起点为室温，温升速率和保温时间为市面上通用的参数，可根据实际情况进行调整，虽然预烧结温度、温升速率、保温时间都会影响材料硬度、延
‑
脆去除特征以及延性域去除尺度，但是预烧结温度的影响程度远大于温升速率和保温时间，本专利技术相对于现有技术主要调整了预烧结温度。
[0019]如上所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，预烧结后以5℃/min的冷却速率冷却至室温。
[0020]如上所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，二次完全烧结的温度为1500℃，在此温度下，3Y
‑
TZP陶瓷已完全致密，获得最终所需的物理力学性能。
[0021]如上所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，二次完全烧结采用等温常压烧结方式，温升速率为5℃/min，保温时间为1h，温升起点为室温，温升速率和保温时间为市面上通用的参数，可根据实际情况进行调整。
[0022]有益效果
[0023]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，其特征在于，先对3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料进行预烧结，再对其进行切削加工，加工结束后，再对其进行二次完全烧结得到3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷，其中预烧结温度为1100℃～1300℃。2.根据权利要求1所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，其特征在于，预烧结后的3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷坯料的维氏硬度为103～1156HV，延性域去除尺度为1.35～3.51μm。3.根据权利要求2所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，其特征在于，预烧结温度为1200℃。4.根据权利要求3所述的一种3Y
‑
TZP氧化锆陶瓷的烧结方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐锦泱，冀敏，李林峰，陈明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：