一种低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷及其制备方法，其中氧化锆、氧化钙和氧化钇的摩尔比为97.5:2:0.5。本发明专利技术还涉及低掺杂高性能四方相氧化锆陶瓷的制备与对应粉体的制备方法。本发明专利技术通过使用反共沉淀

【技术实现步骤摘要】
一种低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及氧化锆陶瓷材料
，是一种钙钇共掺杂氧化锆陶瓷材料及其制备方法，更具体地，是一种低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]氧化锆陶瓷是一种非常重要结构陶瓷，由于其具有高强度，高硬度，高韧性，耐磨损，耐腐蚀等优良特性，被广泛应用于工业，国防，医学等领域。氧化锆一般存在单斜相（m）、四方相（t）和立方相（c）三种晶型。力学性能较好的四方相氧化锆陶瓷由于在低温下容易发生t
→
m相相变导致难以在常温下稳定存在。通常的解决办法之一是加入低价态稳定剂，通过产生的氧空位降低氧化锆体内局部氧氧之间的排斥力，使得四方相氧化锆能够在常温下稳定下来。3Y
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TZP和3Ca
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TZP是目前可以实现的能够有效稳定四方相的最低掺杂剂量（3mol%）水平，也表现出比较好的力学性能。低于这个掺杂剂量时，产生的氧空位浓度太低，难以稳定四方相。为了实现低剂量掺杂剂氧化锆的四方相稳定性，减小晶粒尺寸是一个有效的方法。氧化锆陶瓷晶体尺寸存在临界值，晶体尺寸小于临界值时，四方相晶体处于热力学稳定状态，不易向单斜相转化。此外，陶瓷的力学性能与晶粒的尺寸也有密切关系，因此控制晶粒生长对氧化锆陶瓷至关重要。
[0003]陶瓷晶粒尺寸通常受到粉体尺寸、烧结温度和烧结时间的影响。一般情况下，生长小晶粒尺寸通常需要颗粒比较细的粉体；较细的粉体通常具有比较高的表面能，有助于降低晶粒生长的活化能，进而降低烧结温度，进一步减小晶粒尺寸。目前常规的氧化锆细粉制备方法有沉淀法、水热法、溶胶
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凝胶法等等。在沉淀法中，沉淀法工艺设备简单、生产成本低，但制备的粉体具有分散性差和烧结活性低等缺点；水热法制备的粉体颗粒尺寸分布均匀，但容易出现副反应和产物不稳定问题，因此开发新的方法对制备超细粉体至关重要。
[0004]本专利技术通过反共沉淀
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水热法制备超细共掺杂粉体，通过反共沉淀法中产生的瞬时高碱含量带来的高过饱和度带来的高成核率制备稳定的小尺寸前驱体溶液，再结合水热法颗粒尺寸分布均匀的优点，充分结合反共沉淀法和水热法的优势，同时避免二者的劣势。进而制备得到晶粒细小的低掺杂高性能钙钇共掺杂氧化锆陶瓷。此外，由于掺杂元素Ca
2+
和Y
3+
在高温下都容易发生晶界偏析现象，可以有效抑制晶界扩散，抑制晶粒生长，减小晶粒尺寸。
[0005]综上所述，本专利技术选取CaO与Y2O3作为稳定剂，通过反共沉淀
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水热法制备超细共掺杂粉体，控制烧结条件，获得了低掺杂的钙钇共掺杂四方相氧化锆陶瓷，并表现出较好的力学性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷的制备方法，克服了现有技术之不足，其能有效解决现有的氧化锆存在掺杂剂含量高、存在单斜相、力学性能较差的问题。
[0007]本专利技术的技术方案是通过以下方案来实现的：一种低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷的制备方法，包括以下步骤：（1）将锆盐、钇盐、钙盐的混合液加入到碱性溶液中，通过反共沉淀
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水热法得到氧化锆悬浊液；（2）将所得到的氧化锆悬浊液离心，洗涤，干燥和研磨后得到超细四方相纳米氧化锆粉体；（3）将超细四方相纳米氧化锆粉体造粒、干压成型、烧结得到所述的低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷。
[0008]进一步的，超细四方相纳米氧化锆粉体的粒径为6.3nm，其中，CaO和Y2O3的摩尔百分比掺杂量分别为2%和0.5%（氧化锆、氧化钙和氧化钇的摩尔比为97.5:2:0.5）。
[0009]进一步的，所使用的锆盐为氧氯化锆；钇盐为硝酸钇；钙盐为硝酸钙；所述碱性溶液为氨水。
[0010]进一步的，步骤（1）中，水热温度为180
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220℃，保温时间为5
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10h。
[0011]进一步的，步骤（2）中，所使用的洗涤溶液包括去离子水和无水乙醇。
[0012]进一步的，步骤（3）中，造粒所使用的粘结剂为聚乙二醇（PVA），干压成型所使用的压力为10 MPa，加压时间为30 s。
[0013]进一步的，步骤（3）中，烧结的温度为1150
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1250 ℃，烧结时间为1
‑
3 h，升温及降温速率为3
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5 ℃/min。
[0014]进一步的，制备得到的四方相氧化锆纳米陶瓷的晶粒尺寸为120 nm。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过使用反共沉淀
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水热方法，制备出室温下稳定的超细四方相纳米氧化锆粉体，其颗粒尺寸是已有报道中最低的（已有报道为10
‑
40nm）；通过造粒、干压成型并在较低温度下烧结得到低掺杂的高性能氧化锆陶瓷。本专利技术利用了氧化钙掺杂对晶粒尺寸优异的细化效应，通过得到细晶在低掺杂条件下有效稳定了氧化锆的四方相，同时其优异的力学性能也能够很好的满足氧化锆的应用需求。
[0016]与普通商用3Y
‑
TZP氧化锆相比，本专利技术在掺杂剂含量非常低的前提下获得相纯的四方相氧化锆陶瓷，同时其力学性能非常优异。所得到的陶瓷材料晶粒尺寸在120 nm左右，具有非常高的断裂韧性及与牙齿相近的硬度。在齿科修复领域能够有效替代目前常用的3Y
‑
TZP使用，且其成本较低。
附图说明
[0017]图1 是本专利技术中实施例2合成的钙钇共掺杂四方相纳米氧化锆粉体的TEM及尺寸分布图。
[0018]图2 是本专利技术中实施例2合成的钙钇共掺杂四方相纳米氧化锆陶瓷的SEM及尺寸分布图。
[0019]图3 是本专利技术中实施例2合成的钙钇共掺杂四方相纳米氧化锆陶瓷的压痕图。
具体实施方式
[0020]为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本发
明的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。
[0021]实施例1步骤1：将12.5078g八水合氧氯化锆、0.1551g六水合硝酸钇、0.1874g四水合硝酸钙溶解于800mL去离子水中，并滴加到32mL浓度为25wt%的氨水中，以800转/min搅拌以进行沉淀反应，使用去离子水洗涤多次后在180 ℃水热5 h得到氧化锆悬浊液。
[0022]步骤2：将所得到的氧化锆悬浊液离心，洗涤，在100 ℃干燥24 h后研磨得到超细四方相纳米氧化锆粉体。
[0023]步骤3：将0.6g超细四方相纳米氧化锆粉体加入0.06g浓度为3wt%的PVA溶液中造粒后装入模具，在10 MPa保压30 s成型为陶瓷素坯，然后放入刚玉舟中以5 ℃/min的速率在1200 ℃烧结2 h得到所述的低掺杂高性能四方相氧化锆纳米陶瓷。
[0024]实施例2步骤1：将12.5078g八水合氧氯化锆、0.1551g六水合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将锆盐、钇盐、钙盐的混合液加入到碱性溶液中，通过反共沉淀
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水热法得到氧化锆悬浊液；（2）将所得到的氧化锆悬浊液离心，洗涤，干燥和研磨后得到超细四方相纳米氧化锆粉体；（3）将超细四方相纳米氧化锆粉体造粒、干压成型、烧结得到所述的低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，超细四方相纳米氧化锆粉体的粒径为6.3nm，其中，CaO和Y2O3的摩尔百分比掺杂量分别为2%和0.5%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所使用的锆盐为氧氯化锆；钇盐为硝酸钇；钙盐为硝酸钙；所述碱性溶液为氨水。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，水热温度为180
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【专利技术属性】
技术研发人员：冯亚南，肖伟伟，于岩，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：