一种含新型四组份烧结助剂的氧化铝陶瓷组合物制造技术

一种含新型四组份烧结助剂氧化铝陶瓷组合物，其特征在于该四组份助剂为ＭＯ（Ｍ为Ｍｇ，Ｂａ，Ｂｅ中的一种）－ＣａＯ－ＳｉＯ２－Ｌ２Ｏ３（Ｌ为稀土元素，是Ｃｅ，Ｌａ，Ｌｕ中的一种）。其组成为（１）氧化铝粉体７５％～９０％（重量）；（２）纳米ＭＯ（Ｍ为Ｍｇ，Ｂａ，Ｂｅ中的一种）３％～６％（重量）；（３）纳米ＳｉＯ２？２％～６％（重量）；（４）纳米ＣａＯ？２％～６％（重量）；（５）纳米Ｌ２Ｏ３（Ｌ为稀土元素，是Ｃｅ，Ｌａ，Ｌｕ中的一种）３％～７％（重量）。该四组份烧结助剂颗粒尺度在３００纳米以下，但主体氧化铝粉体粒度在微米尺度（１－１０微米）。通过形成液相及烧结后期逐渐形成的尖晶石类物质（其熔点＞２１００℃）消除液相，促进烧结同时抑制晶粒长大、促进气孔排除提高致密度，形成细小而均匀的氧化铝陶瓷晶粒和晶界气孔，从而使氧化铝陶瓷材料有较好的高温机械、耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氧化铝陶瓷制造方法，特别是关于一种含烧结助剂的氧化铝陶瓷组合物。
技术介绍
氧化铝陶瓷具有化学性能稳定、机械强度高、硬度大、耐高温、耐磨性好、电绝缘能 力高、抗氧化、力学性能良好、原料蕴藏丰富、价格低廉等许多优点，是一种应用领域最广、 用量最大、应用发展潜力大的高性能多用途工程陶瓷，广泛应用于机械化工、电子、航空和 国防等各个令页域，有"陶瓷王"之称。 在工业生产中，气动元件家族中的控制阀、分配阀一直是气动控制系统中的薄弱 环节；其主要原因是因运动部件容易磨损失效。这些运动部件的传统材料是铝台金材料，虽 然重量轻，耐腐蚀但表面硬度低，易磨损。如果采用氧化铝陶瓷材料作为工业阀门的阀芯元 件，比金属、合金阀芯元件更耐腐蚀和耐磨损，能够大大提高其使用寿命，经测试使用寿命 可达20万次以上。为了适应当前水资源日益匮乏的挑战，对水龙头旋塞的密封性、耐磨损 性和耐腐蚀性提出了更高的要求，传统的塑料阀芯或不锈钢球阀芯在较差的水质条件下， 操作的舒适感、密封性下降、磨损加剧，易出现漏水、滴水现象。而优质的陶瓷阀芯的水龙头 手感舒适、使用寿命长(优质陶瓷阀芯开关次数可达到100万次以上)，北京市早在1996年 就发布条例在新建的住宅楼中强制性要求开发商安装陶瓷阀芯水龙头。 机械设备中的动密封是通过两个密封端面材料的旋转滑动而进行的，作为密封端 面材料，要求硬度高，耐磨损性能好。另外，两个端面密封材料在旋转运动过程中由于摩擦 会产生一定的热量，从而使密封端面的局部温度升高，因此端面材料还必须能够耐受一定 的温度。为了避免端面密封材料在旋转滑动过程中产生热应变和热裂，要求端面材料的导 热系数高、抗热震性好。氧化铝陶瓷的硬度高、摩擦系数小，作为机械密封端面材料可获得 很好的滑动特性。目前，氧化铝陶瓷已经在各类机械密封(特别是化工、水利、机械行业的 各类泵)中获得大量的应用，使得机械的使用寿命成倍提高而生产成本、维护费用却大幅 度下降。氧化铝陶瓷在机械工业中还被成功地用作各种轴承和切削刀具，氧化铝陶瓷刀具 具有硬度高、耐磨性能及高温力学性能优良、化学稳定性好、不易与金属发生粘结等特点， 广泛应用于难加工材料切削、超高速切削、高速干切削和硬切削等。陶瓷刀具的最佳切削速 度比硬质合金刀具高3-10倍，可大幅度提高切削加工效率。通过对晶粒尺寸、形貌的控制 及多种增韧补强手段，使陶瓷刀具的强度、韧性、抗冲击性能都有了较大提高。陶瓷刀具材 料被认为是21世纪最有希望、最有竞争力的刀具材料。 人体硬组织替代材料(如人工髋关节，膝关节，人造牙根、中耳听骨以及其它骨损 伤的修复材料)在临床医学上的需要量越来越大，要求这些材料具有良好的生物相容性、 抗磨性、机械稳定性、很高的机械强度。羟基磷灰石陶瓷(HA陶瓷)生物陶瓷具有良好的生物活性，与人体的软硬组织能良好结合，固定可靠，但是HA陶瓷的抗磨性和物理机械指标不能够达到硬组织替代材料的标准，不能够单独使用在高机械负荷场合。而氧化铝陶瓷具有较高的机械强度、硬度、耐磨性和化学惰性，在人体内不会受到排异、化学性质稳定、耐腐蚀、不老化，而且氧化铝表面由于亲水性能够形成一层薄薄(<5um)的水合层，有助于形成生物良好相容的保护膜。此外，在长期存留于机体中的条件下，这种陶瓷能保持物理和生物化学性能，从而构成了无反应植入和长期使用的良好先决条件，因此氧化铝陶瓷作为生物陶瓷在临床上的应用非常广泛，在口腔和骨移植物方面具有特殊的应用前景。 在这些场合中使用的氧化铝陶瓷密封件、阀门阀芯、高速陶瓷刀具、氧化铝陶瓷研磨介质、机械零部件(如瓷轴)、瓷涛等都要求有优异的耐磨性能，耐磨性好的氧化铝陶瓷意味着更长的使用寿命，能够应用在更加恶劣的和严格高要求的环境中。特别是在电子工业的基板、IC封装、切削刀具和液晶显示器、电视机显像管涂层等材料制作中对氧化铝磨介耐磨性要求很高，否则会产生严重的污染。然而氧化铝陶瓷的耐磨性能是一个很复杂的因素，与氧化铝表面的微观精细结构有着密切的关系。有研究表明氧化铝晶粒结晶细小、大小均匀和晶界微孔较小且分布均匀是氧化铝陶瓷韧性和耐磨性较好的微观结构特征[郑元善、彭建中、张洪波、王毅敏，氧化铝陶瓷的微观结构对表面粗糙度的影响，材料导报，2000，14， 116-118]。也就是说为了获得较高性能的氧化铝陶瓷需要在较低的温度下达到氧化铝陶瓷材料的致密(避免在高温下晶粒的过度长大，保证均匀而细小的晶粒，均匀且微小的晶界气孔)及控制微观组织结构为穿晶断裂，避免沿晶断裂的产生。这也是提高氧化铝陶瓷性能、拓宽其应用领域，提高产品价值的关键。 氧化铝陶瓷的液相烧结在八1203基体颗粒之间形成液相，方便了八1203颗粒的重排， 同时通过"溶解_沉淀"机理促进烧结，大幅降低A1203陶瓷的烧结温度，能使极限载荷下微 观组织结构为穿晶断裂，目前比较成熟的液相烧结助剂有CaO+Al203+Si02， MgO+Al203+Si02 等. J. Eur. Ceram. Soc. ，2000,20 :1_7.]，是提高氧化铝耐磨性能的良好制备方式。然而液相烧结也有 不少缺点，首先液相作为玻璃相残存于晶界，使高温强度、耐磨性下降，不能满足某些较高 温度的应用场合；其次特别是在烧结后期容易引起晶粒异常长大而阻碍性能的进一步提高。因此单纯通过形成低 共熔液相促进传质降低烧结温度作用的助剂对形成细小而均匀的陶瓷晶粒是不够的。助剂 的成分和形态需要进一步进行筛选和考虑。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有
技术介绍
而提供的一种含四组分 烧结助剂的氧化铝陶瓷组合物。该纳米四组份助剂为M0(M为Mg， Ba， Be中的一 种)-Ca0-Si02-L203(L为稀土元素，是Ce， La， Lu中的一种)四组份助剂，其中M0+Al203+Si02 构成液相烧结体系，在烧结温度下，该组份助剂体系呈液态，液相的存在方便了氧化铝颗粒 的重排并通过"溶解_沉淀"机理促进烧结，大幅降低A1203陶瓷的烧结温度。而体系中的 L203及M0与A1203在烧结的后期能逐渐形成尖晶石类物质(其熔点> 2100°C )，该物质熔 点较高在烧结温度下显固态，它们位于晶界抑制晶粒长大、促进气孔排除提高陶瓷烧结的4致密度，从而形成细小而均匀的氧化铝陶瓷晶粒和晶界气孔，从而使氧化铝陶瓷组合物材料有较好的高温机械、耐磨性能。 本专利技术通过如下的技术方案达到，该技术方案提供一种含有新型四组份助剂的氧化铝陶瓷组合物，其组成如下 (1)氧化铝粉体75% 90%(重量) (2)纳米M0(M为Mg， Ba， Be中的一种)3% 6%(重量) (3)纳米Si02 2 % 6 % (重量) (4)纳米CaO 2% 6% (重量) (5)纳米L203 (L为稀土元素，是Ce，La，Lu中的一种)3% 7%(重量) 采用的技术方案其特征在于该四组份纳米烧结助剂颗粒尺度在300纳米以下，但主体氧化铝粉体粒度在微米尺度(1-10微米)。这些纳米助剂都是可以在市场上购买得到的，如纳米二氧化硅和氧化钙可以在北京纳辰公司购买得到或者也可以通过溶胶凝胶等方法自行制备得到。这些组份化合物都是可以在市场上购买得到的。十分有益的是在烧结温度(130本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含新型四组份烧结助剂的氧化铝陶瓷组合物，其组成如下：　　（１）氧化铝粉体　７５％～９０％（重量）　　（２）纳米ＭＯ（Ｍ为Ｍｇ，Ｂａ，Ｂｅ中的一种）３％～６％（重量）　　（３）纳米ＳｉＯ↓［２］　２％～６％（重量）　　（４）纳米ＣａＯ　２％～６％（重量）　　（５）纳米Ｌ↓［２］Ｏ↓［３］（Ｌ为稀土元素，是Ｃｅ，Ｌａ，Ｌｕ中的一种）３％～７％（重量）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：水淼，任元龙，宋岳，王青春，黄峰涛，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]