一种具有粗晶-细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有粗晶

【技术实现步骤摘要】
一种具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷及其应用


[0001]本专利技术属于无机材料
，具体地说，涉及一种具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷及其应用。

技术介绍

[0002]氧化铝陶瓷因具有较高的耐磨性和承载能力，被广泛应用在摩擦副材料中。氧化铝陶瓷的晶粒尺寸和晶粒分布和其耐磨性能之间关系密切。一般认为，细晶氧化铝陶瓷陶有着较低的摩擦系数、低的磨损率以及高的磨损转变载荷,摩擦性能较为优异。如申请号为CN201810317105.8的中国专利技术专就公开了一种高纯细晶耐磨氧化铝衬板及其制备方法，其显微结构中获得晶粒尺寸双峰分布，并有少量非等轴晶，具有较高的硬度和耐磨性。但细晶氧化铝陶瓷在擦擦过程中脱落的晶粒很难在摩擦界面上保留，无法在摩擦表面形成光滑的摩擦层，其磨损体积则会随滑动时间呈现先慢增加后快增加的特点，严重影响了氧化铝陶瓷摩擦副的使用寿命。相较于细晶氧化铝陶瓷，粗晶氧化铝陶瓷虽然具有较低的力学性能以及摩擦性能，但其可以在摩擦界面形成光滑的摩擦层，可以有效降低氧化铝陶瓷的磨损率，使其磨损体积随滑动时间呈现先快增加后慢增加的特点。
[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的提供一种具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷及其应用，氧化铝晶粒尺寸分布在数十微米和几十纳米两个区间,同时兼具优异的力学性能和摩擦性能，摩擦过程中也能在摩擦界面形成光滑的摩擦层，显著延长了氧化铝陶瓷摩擦副的使用寿命。本专利技术还提供其制备方法，工艺简单方便、工艺参数控制容易、可进行稳定批量生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷及其应用，采用低成本工业级的拟薄水铝石为原料，经溶胶
‑
凝胶工艺获得了具有高烧结活性的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒，在较低温度下烧结即可得到致密的氧化铝陶瓷。此外，通过加入α
‑
氧化铝（30nm）作为晶籽以降低γ
‑
氧化铝
→
α
‑
氧化铝的相转变温度，并诱导γ
‑
氧化铝在烧结过程中转变成等轴状的α
‑
氧化铝，使氧化铝的晶粒尺寸和生长速度得到控制。溶胶
‑
凝胶法的工艺参数对晶粒尺寸的影响也较为显著。更进一步，通过添加烧结助剂以及采用不同的烧结制度来控制烧结过程中的液相生成量和组成。由于烧结助剂含量较少且二氧化锆以纳米粉体的形式引入，液相的分布以及组成均匀性较差，在烧结过程中，液相的不均匀分布导致部分氧化铝晶粒发生异向生长以及异常长大，晶粒较为粗大，而另一部分晶粒生长速度受到抑制，晶粒较为细小，最终促使氧化铝陶瓷呈现粗晶
‑
细晶复合显微结构特征，具有优异的力学性能和磨擦性能。
[0005]技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案：
一种具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，所述的氧化铝陶瓷的氧化铝含量≥97％；包括两种不同尺寸的晶粒，其中一种为大尺寸的非等轴氧化铝晶粒，厚度为5um
‑
40um，长度在30um
‑
150um；其中另一种为细小等轴氧化铝晶粒，尺寸为0.1um
‑
1um。
[0006]所述的氧化铝陶瓷为由含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒成型、烧结得到耐磨氧化铝衬板；其中所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒的制备方法如下：将拟薄水铝石、去离子水、聚乙烯吡咯烷酮、稀硝酸、正硅酸四乙酯、四水合醋酸钙、α
‑
氧化铝、二氧化锆混合均匀后得到勃姆石溶胶并喷雾造粒、干燥后得到勃姆石干凝胶颗粒，经过煅烧后并通过180目筛网得到含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒。
[0007]上述所述的具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，其中所述的α
‑
氧化铝的粒径为30nm；其中所述的二氧化锆的粒径为30nm；所述的拟薄水铝石的质量分数为28％
‑
36％；所述的去离子水的质量分数为64％
‑
72％；所述的聚乙烯吡咯烷酮的添加量为所述的拟薄水铝石质量分数的0.2％
‑
1％；所述的稀硝酸的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的14％
‑
22％，所述的稀硝酸的摩尔浓度为4mol/L；所述的正硅酸四乙酯的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的0.1％
‑
1.5％；所述的四水合醋酸钙的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的0.1％
‑
1.5％；所述的二氧化锆的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的0.1％
‑
0.6％；所述的α
‑
氧化铝的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的1％
‑
5％。
[0008]上述所述的具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒的制备方法中喷雾造粒的处理设备为喷雾干燥塔；所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒制备方法中干燥的处理设备为烘箱；所述的喷雾干燥塔内的温度为110℃
‑
300℃；所述的烘箱内的温度为50℃
‑
100℃；所述的勃姆石干凝胶颗粒的尺寸分布为50um
‑
150um。
[0009]上述所述的具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒的制备方法中煅烧的温度为600℃
‑
1000℃；所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒的制备方法中煅烧的时间为1h
‑
5h；所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒的晶粒尺寸分布为10nm
‑
100nm。
[0010]上述所述的具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒成型的方式为等静压成型、注浆成型、挤出成型中的任意一种。
[0011]上述所述的具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，所述的氧化铝陶瓷中，α
‑
氧化铝质量分数≥97％，二氧化硅质量分数为0.1％
‑
1％，氧化钙质量分数为0.1％
‑
1％，二氧化锆质量分数为0.1％
‑
1％。
[0012]上述所述的具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，
所述的氧化铝陶瓷的制备方法如下：（1）将拟薄水铝石、α
‑
氧化铝、二氧化锆、聚乙烯吡咯烷酮以及去离子水混合后，经球磨机球磨得到预混液，其中球磨时间为2h本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，其特征在于：所述的氧化铝陶瓷的氧化铝含量≥97％；包括两种不同尺寸的晶粒，其中一种为大尺寸的非等轴氧化铝晶粒，厚度为5um
‑
40um，长度在30um
‑
150um；其中另一种为细小等轴氧化铝晶粒，尺寸为0.1um
‑
1um；所述的氧化铝陶瓷为由含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒成型、烧结得到耐磨氧化铝衬板；其中所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒的制备方法如下：将拟薄水铝石、去离子水、聚乙烯吡咯烷酮、稀硝酸、正硅酸四乙酯、四水合醋酸钙、α
‑
氧化铝、二氧化锆混合均匀后得到勃姆石溶胶并喷雾造粒、干燥后得到勃姆石干凝胶颗粒，经过煅烧后并通过180目筛网得到含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒。2.根据权利要求1所述的具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，其特征在于：其中所述的α
‑
氧化铝的粒径为30nm；其中所述的二氧化锆的粒径为30nm；所述的拟薄水铝石的质量分数为28％
‑
36％；所述的去离子水的质量分数为64％
‑
72％；所述的聚乙烯吡咯烷酮的添加量为所述的拟薄水铝石质量分数的0.2％
‑
1％；所述的稀硝酸的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的14％
‑
22％，所述的稀硝酸的摩尔浓度为4mol/L；所述的正硅酸四乙酯的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的0.1％
‑
1.5％；所述的四水合醋酸钙的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的0.1％
‑
1.5％；所述的二氧化锆的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的0.1％
‑
0.6％；所述的α
‑
氧化铝的添加量是所述的拟薄水铝石质量分数的1％
‑
5％。3.根据权利要求2所述的具有粗晶
‑
细晶复合显微结构特征的氧化铝陶瓷，其特征在于：所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒的制备方法中喷雾造粒的处理设备为喷雾干燥塔；所述的含γ
‑
氧化铝的球形原料颗粒制备方法中干燥的处理设备为烘箱；所述的喷雾干燥塔内的温度为110℃
‑
300℃；所述的烘箱内的温度为50℃
‑
100℃；所述的勃姆石干凝胶颗粒的尺寸分布为50um
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文彬，杨现锋，
申请(专利权)人：湖南圣瓷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：