一种稳定氧化锆/莫来石陶瓷材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锆英石/氧化铝制备稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷的方法，以工业级ZrSiO4和Al2O3为原料，在添加Y2O3的条件下，以乙醇为球磨介质，将各原料在行星磨中球磨1h～5h，取出干燥后用研钵研磨；所得混合料以30～200Mpa的压力单轴向模压成型，保压3～5min，将所得素坯烧结，保温，即可得到稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料。本发明专利技术具有原料价廉、工艺简单、产物纯度高、综合性能高和可重复性好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于先进复合陶瓷材料领域，具体涉及到。
技术介绍
氧化锆材料因其具有高熔沸点、导热系数小、耐磨性好、抗腐蚀性能好等优良的物理化学性能在制造结构陶瓷、功能陶瓷、压电陶瓷电子陶瓷、高温光学组件、磁流体发电机等高科技领域发挥了极大的作用。莫来石因具有低热导系数和热膨胀系数、出色的抗高温蠕变性和抗热震性、以及良好的化学稳定性和高温强度等一系列优异的热学和力学性能，被广泛应用于耐火材料中。氧化锆/莫来石复合材料一方面具有ZrO2和莫来石两者的优点，另一方面，由于ZrO2具有增韧效果，使得莫来石克服了其致命缺点一脆性，从而大大扩大材料的应用范围，氧化锆增韧莫来石主要是通过氧化锆相变(t-Zr02转变成m- ZrO2)来实现，因此提高t-Zr02含量是制备性能优良的陶瓷材料的先决条件。从上世纪70年代开始，人们对氧化锆/莫来石陶瓷材料进行了深入广泛的研究，其中，以锆英石和氧化铝为原料通过反应烧结工艺制备氧化锆/莫来石陶瓷材料，具有制备成本低、操作简单等优点，但是由于烧结过程中生成的莫来石会产生体积膨胀，对材料致密度产生不利的影响，为了获得致密的材料，研究者提出了二步烧结和添加烧结助剂的方法。二步烧结方法是由N. Claussen于1980年提出的，之后未见成功的报道；添加烧结助剂的方法由于加入助剂后体系变得复杂，烧结过程不容易控制。现有的研究不能保证ZrSiO4中的SiO2完全脱出，并完全与Al2O3反应生成莫来石晶相，而且ZrSiO4分解出的ZrO2多为单斜相，没有实现有效掺杂稳定
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料的制备方法，其在多组分条件下保证ZrSiO4中的SiO2完全脱出，并完全与Al2O3反应生成莫来石晶相，而且ZrSiO4分解出的ZrO2基本上为稳定相，实现了有效掺杂稳定。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是一种稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤 1)取原料ZrSiO4、Al2O3 和 Y2O3,各原料的摩尔比为 ZrSiO4 =Al2O3 =Y2O3=I =I- 5 (0. 06 0. 13)；2)以乙醇为球磨介质，将各原料在行星磨中球磨Ih 5h，取出干燥后用研钵研磨； 3)将步骤2)所得混合料以30 200Mpa的压力单轴向模压成型，保压3 5min，将所得素坯烧结，保温，即可得到稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料。按上述方案，所述的ZrSiO4和Al2O3为工业粉体，Y2O3是分析纯。按上述方案，所述的稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料中稳定氧化锆与莫来石的两相的摩尔比为2:1。按上述方案，步骤2)的干燥温度为80°C 120°C，干燥时间为2h 5h。按上述方案，烧结温度为1400 1600°C，保温时间2 8h。按上述方案，所述的稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料的密度为2. 5 3. 5g/cm3。本专利技术所涉及的化学反应方程式是2ZrSi04+3Al203=2Zr02+3Al203 2Si02 本专利技术利用ZrSiO4在高温下分解出ZrO2和SiO2,加入的Al2O3 —方面可以显著降低 ZrSiO4的分解温度，另一方面可以与脱出的SiO2生成高熔点的莫来石，从而改善材料的高温性能；加入一定比例的Y2O3,使其对ZrSiO4脱出的ZrO2进行掺杂稳定，从而改善材料的强度及韧性。本专利技术的有益效果在于本专利技术绕过含锆矿物至高纯ZrO2的提纯过程，直接从锆英石精矿(而不是高纯氧化锆原料)出发，通过添加适量的助剂，利用反应烧结工艺，实现对高性能稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷的低成本制备，该方法原料价廉、工艺简单，制得的产物纯度高、综合性能好。附图说明图I是本专利技术实施例I中制备的稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷的XRD 图2是本专利技术实施例2中制备的稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷的XRD 图3是本专利技术实施例3中制备的稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷的XRD图。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例I 一种稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料及制备方法，具体步骤如下1) 以ZrSiO4 'Al2O3 和 Y2O3 为原料，各原料的摩尔比为 _ ZrSiO4 =Al2O3 =Y2O3=I =I- 5 0. 06 ;按照上述关系计算并称取各原料；其中所述的ZrSiO4和Al2O3是工业粉体，Y2O3是分析纯； 2).以乙醇为球磨介质，将各原料在行星磨中球磨5h，取出于100°C干燥3h后用研钵研磨； 3).将混合料以30Mpa的压力单轴向压制成型，保压3 5min，将素坯于1550°C烧结，保温8h，即可得到密度为3. lg/cm3的稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷，其中稳定氧化锆与莫来石的两相的摩尔比为2:1。分析测试表明(见图I):产物的主要物相是稳定ZrO2和莫来石，没有ZrSiO4和Al2O3衍射峰，说明ZrSiO4全部分解，并且分解出的SiO2与Al2O3生成莫来石，单斜氧化锆的峰强度较低，基本上实现了 Y2O3对ZrO2的掺杂稳定。实施例2 一种稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料及制备方法，其特征在于它包括如下步骤1) 以 ZrSiO4、Al2O3 和 Y2O3 为原料，各原料的摩尔比为 ZrSiO4 =Al2O3 =Y2O3=I =I- 5 0. 09 ;按照上述关系计算并称取各原料；其中所述的ZrSiO4和Al2O3是工业粉体，Y2O3是分析纯； 2).以乙醇为球磨介质，将各原料在行星磨中球磨3h，取出于110°C干燥3h后用研钵研磨； 3).将混合料以IOOMpa的压力单轴向压制成型，保压3 5min，将素坯于1500°C烧结，保温3h，即可得到密度为2. 8g/cm3的稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷，其中稳定氧化锆与莫来石的两相的摩尔比为2:1。分析测试表明(见图2):产物的主要物相是稳定ZrO2和莫来石，没有ZrSiO4和Al2O3衍射峰，说明ZrSiO4全部分解，并且分解出的SiO2与Al2O3生成莫来石，几乎没有单斜氧化锆衍射峰，实现了 Y2O3对ZrO2的有效掺杂稳定。 实施例3 一种稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料及制备方法，其特征在于它包括如下步骤 1).以ZrSiO4 'Al2O3 和 Y2O3 为原料，各原料的摩尔比为 ZrSiO4 =Al2O3 =Y2O3=I 1. 5 0.13 ;按照上述关系计算并称取各原料；其中所述的ZrSiO4和Al2O3是工业粉体，Y2O3是分析纯； 2).以乙醇为球磨介质，将各原料在行星磨中球磨3h，取出于120°C干燥3h后用研钵研磨； 3).将混合料以200Mpa的压力单轴向压制成型，保压3 5min，将素坯于1600°C烧结，保温3h，即可得到密度为3. 5g/cm3的稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷，其中稳定氧化锆与莫来石的两相的摩尔比为2:1。分析测试表明(见图3):产物的主要物相是稳定ZrO2和莫来石，没有ZrSiO4和Al2O3衍射峰，说明ZrSiO4全部分解，并且分解出的SiO2与Al2O3生成莫来石，单斜氧化锆的峰强度较弱，基本上实现了 Y2O3对Z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤 1)取原料ZrSiO4、Al2O3 和 Y2O3,各原料的摩尔比为 ZrSiO4 =Al2O3 =Y2O3=I =I- 5 (0. 06 0. 13)； 2)以乙醇为球磨介质，将各原料在行星磨中球磨Ih 5h，取出干燥后用研钵研磨； 3)将步骤2)所得混合料以30 200Mpa的压力单轴向模压成型，保压3 5min，将所得素坯烧结，保温，即可得到稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料。2.按权利要求I所述的稳定氧化锆/莫来石复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的ZrSiO4和Al2O3为工业粉体，Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈常连，王广芹，季家友，鲍世聪，黄志良，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：