【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及导电陶瓷材料，尤其涉及一种导电氧化锆陶瓷及增材制造制备其的方法和应用。
技术介绍
1、氧化锆(zro2)陶瓷是一种具有高熔点、高硬度、优异的化学稳定性、低热导、耐磨损性能好的优点的结构陶瓷材料，常被应用于发动机零部件、化工、生物医学器械、防弹盔甲、磨料等领域。
2、但zro2陶瓷禁带宽度较宽，一般情况下导电性能极差，在室温下不导电，极大限制了在高压高热器件、电子学、自动化控制等导电材料领域的应用。近年来，随着科学技术的发展，对材料的要求逐渐提高，我们不仅要发挥zro2陶瓷优异的抗高温、耐腐蚀等优异的性能，还需要填补其导电性能的短板，为高尖端
提供更优异的材料选择。
3、目前zro2陶瓷导电性主要通过两种方式，一种是添加载流子导电掺杂相，例如添加mgo、zno、wo3、tin等相，但添加mgo、zno、wo3相的zro2陶瓷室温下仅达到静电耗散要求，室温导电性并不理想；另一种是通过化学气相沉积、物理气相沉积tin、zrn等导电材料涂层，实现zro2陶瓷导电的性能。
4、载流子导电掺杂相在材料制备中存在烧结孔隙的现象，且烧结主相和掺杂相有可能形成物理结合界面，非冶金结合界面，导致性能的下降，掺杂相对整体结构的化学稳定性有待考究。化学气相沉积导电涂层常采用在950℃-1050℃温度下，进行分解和热合的气固相反应在加热的基体表面生长一层固态沉积层，但工艺条件要求较高，成本较大；物理气相沉积是采用在300℃-500℃温度下，工件表面通过粒子轰击得到净化，涂层材料熔化而雾化，并在等离子
5、因此，需要开发新的制备导电氧化锆陶瓷的方法。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种导电氧化锆陶瓷及增材制造制备其的方法和应用，通过采用利用zro2中的zr元素和含n元素气体或表面涂覆含氮元素在碳沉积氛围下原位生成导电层，实现表面与导电层均匀冶金结合，该方法成型的氧化锆导电陶瓷不需要添加其他杂相且可制备复杂多孔结构件，具有操作简单，成本低，强度高，化学性能稳定和导电性稳定的优点。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种增材制造制备导电氧化锆陶瓷的方法，所述方法包括如下步骤：
4、(1)混合氧化锆粉末、表面改性剂和溶剂，依次进行球磨和烘干后，得到第一混合物；所述第一混合物经加热搅拌，并混入粘结剂后再经加压搅拌，得到第二混合物；
5、(2)所述第二混合物依次经冷却和破碎，得到氧化锆颗粒料；所述氧化锆颗粒料经增材制造，得到生坯；
6、(3)所述生坯经脱脂，得到的脱脂后工件在含氮元素的条件下进行烧结处理，得到导电氧化锆陶瓷。
7、本专利技术提供的增材制造制备导电氧化锆陶瓷的方法首先采用增材制造的方式制备氧化锆生坯，避免减材制造导致的材料浪费和成本过高的问题，而且能够适用于不同形状的产品；同时后续采用原位复合在氧化锆的表面形成zrn、zrcn或zrno等相，与zro2基体之间获得冶金结合界面，实现增强增韧导电的效果，二者结合强度高，性能优良。本专利技术提供的方法具有操作简单，成本低，强度高，化学性能稳定、导电性稳定的优点。
8、优选地，步骤(1)中所述加热搅拌的温度为60～260℃，例如可以是60℃、76℃、92℃、105℃、125℃、135℃、155℃、165℃、185℃、200℃、210℃、250℃或260℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
9、优选地，所述加热搅拌的时间为30～240min，例如可以是30min、55min、75min、100min、125min、145min、170min、195min、215min或240min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
10、优选地，所述粘结剂与所述第一混合物的质量比为1：3～4.5，例如可以是1:3、1：3.1、1：3.2、1：3.5、1：3.8、1：4.0、1：4.2或1：4.5等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
11、优选地，所述粘结剂包括硬脂酸、聚乙二醇、酚醛树脂、环氧树脂、乙基纤维素、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或石蜡中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为聚乙二醇和酚醛树脂的组合，环氧树脂和酚醛树脂的组合，聚乙二醇和环氧树脂的组合，乙基纤维素和酚醛树脂的组合，聚乙二醇和乙基纤维素的组合。
12、优选地，所述加压搅拌的压力为10～120mpa，例如可以是10mpa、20mpa、30mpa、40mpa、50mpa、60mpa、80mpa、100mpa、110mpa或120mpa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
13、优选地，所述加压搅拌的时间为1～10h，例如可以是1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
14、优选地，步骤(1)所述氧化锆粉末和表面改性剂的质量比为10～25:1，例如可以是10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、21:1、22:1、23:1、24:1或25:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
15、优选地，所述表面改性剂包括硬脂酸和/或木质素磺酸钙。
16、优选地，步骤(1)所述混合中还加入稳定剂。
17、优选地，所述稳定剂与氧化锆粉末的质量比为1～4:100，例如可以是1:100、1.2:100、1.5:100、1.8:100、2.0:100、2.2:100、2.3:100、2.5:100、2.8:100、3.0:100、3.2:100、3.5:100或4.0:100等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
18、本专利技术中未添加稳定剂的氧化锆粉末经烧结氮化后会导致zrn相含量明显降低，出现含o相的比重增加，从而导致表面导电能力的下降；另外，当添加稳定剂质量比偏高时，将导致出现稳定剂氮化的新相产生，影响zrn相的生成的问题。
19、优选地，所述稳定剂包括氧化钇。
20、优选地，所述溶剂包括乙醇和/或水。
21、优选地，所述氧化锆粉末、表面改性剂与稳定剂的总体积和溶剂的体积比为0.5～1.2:1，例如可以是0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1.0:1、1.1:1或1.2:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。...
【技术保护点】
1.一种增材制造制备导电氧化锆陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述加热搅拌的温度为60～200℃；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化锆粉末和表面改性剂的质量比为10～25:1；
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述冷却为冷却至室温；
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)还包括：对所述生坯的表面进行打磨；
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述含氮元素的条件包括：表面涂覆含氮元素、导入氮气或放入含氮元素的化合物中的任意一种或至少两种的组合；
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
8.一种导电氧化锆陶瓷，其特征在于，所述导电氧化锆陶瓷采用权利要求1～7任一项所述的增材制造制备导电氧化锆陶瓷的方法制得。
9.根据权利要求8所述的导电氧化锆陶瓷，其特征在于，所述导电氧化
10.一种权利要求8或9所述的导电氧化锆陶瓷在发动机零部件、化工、生物医学器械、防弹盔甲或磨料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种增材制造制备导电氧化锆陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述加热搅拌的温度为60～200℃；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化锆粉末和表面改性剂的质量比为10～25:1；
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述冷却为冷却至室温；
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)还包括：对所述生坯的表面进行打磨；
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于...
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