相变增韧陶瓷材料及其瓷件制备工艺制造技术

本发明专利技术提供一种相变增韧陶瓷材料，其材料成分(质量百分比)为：Al2O3微粒70％-90％，ZrO28％-25％，Y2O3?1％-1.5％，CaO0.5％-2.5％，MgO0.5％-1.5％。所述相变增韧材料的制备工艺，其包括以下步骤：(1)按上述质量比配备原料，并经球磨设备磨成粉料；(2)加入粘合剂搅拌成混合料；(3)按所需制作的瓷件成型为坯体；(4)修整加工；(5)高温烧结。使用本发明专利技术之相变增韧材料及工艺制成的瓷件，通过相变增韧、微裂纹增韧和弥散增韧，材料韧性得到很大提升，达到提高强度的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陶瓷材料，特别涉及一种相变增韧陶瓷材料及其瓷件制备工艺，以及使用该材料制造的陶瓷螺丝刀。
技术介绍
电子行业中，产品装配时多使用金属螺丝刀，然而金属螺丝刀存在硬度低、易磨损、易产生磁性及电荷的缺点，特别是在精密电子、仪器仪表等行业，容易降低产品可靠性。特种陶瓷材料现今已经成为新材料研究的热点，并因其优良的耐热性能在很多尖端科学领域被应用来替代金属材料，如航空航天、汽车、医疗器械等；即使在传统工业，例如纺织工业中，也已有使用高性能的陶瓷材料替代金属材料制作导丝件、剪切件等纺织设备·的例子。陶瓷材料耐磨、耐高温、耐腐蚀，并且还具有良好的绝缘性能，这使得它在电子行业中也拥有广阔的应用前景。然而，陶瓷材料固有的脆性却限制了其实际应用的范围。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种相变增韧陶瓷材料，所述相变增韧陶瓷材料大大改善了材料脆性，提高了材料强度。为了实现上述目的，本专利技术之相变增韧陶瓷材料，其材料各组分之质量百分比为Al2O3微粒 70% -90%,Zr028% -25%,Y2O3 1% -I. 5%,CaOO. 5% -2. 5%,MgOO. 5% -I. 5%0本专利技术之另一目的在于提供上述相变增韧材料的瓷件制备工艺，其包括以下步骤(I)按上述质量比配备原料，并经球磨设备磨成粉料；(2)加入粘合剂搅拌成混合料；(3)按所需制作的瓷件成型为坯体；(4)修整加工；(5)高温烧结。本专利技术之另一目的在于提供一种使用上述工艺制作的陶瓷螺丝刀，其材料中含有部分直径O. 5um以下的亚稳态四方相ZrO2颗粒，并呈弥散分布。使用本专利技术之相变增韧材料及工艺制成的瓷件，通过相变增韧、微裂纹增韧和弥散增韧，材料韧性得到很大提升，达到提高强度的目的。附图说明图I为本专利技术某一实施例高温烧结步骤的温度参数2为本专利技术某一实施例陶瓷螺丝刀示意图具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例I将80%质量百分比的 Al2O3 微粉，18% 的 ZrO2,0. 5% 的 CaO，Y2O3 I %, MgO O. 5%经球磨机球磨成粉料，并使得球磨所得粉料中Ium以下的颗粒达到20%以上，lum-5um的颗粒达到30%以上，而5um以上的颗粒小于50%。而后加入粘合剂搅拌成混合料，并将混合料注塑成型做成螺丝刀坯体，将坯体直入高温炉中烧结，在烧结前如需要可先对坯体进行坯体测试，烧结后可进行成品性能测试及精细加工如打磨抛光。采用本实施例之材料配比，可在不牺牲产品性能的情况下节约贵重原料ZrO2的用量，降低了成本。图I为本实施例所使用的烧结工艺，6小时内将炉温稳步提升至1000°C以上进行脱蜡处理，并在之后的5小时内将炉温升至1450°C，并在1450°C恒温一小时，之后在3小时 内将炉温稳步提升至1650°C并恒温2小时进行保温，烧结后自然冷却至300°C开炉取件。通过本专利技术工艺所得到的陶瓷件，其原料中的ZrO2在高温下由单斜晶系转化为四方相，而烧结致密后冷却时，四方相ZrO2颗粒向单斜晶的相变却因为周围致密的陶瓷基体而被束缚，并且由于Y203、MgO等稳定剂的作用下，冷却后的成品瓷件中的ZrO2颗粒仍以四方相(t相)存在，这种四方相的ZrO2颗粒处于压应力状态，会使瓷件的韧性得到很大提升。当瓷件受到外力作用时，陶瓷的内应力可使四方相的ZrO2不再受到束缚，发生马氏体相变(t-m)，致使体积膨胀，这种体积膨胀不但吸收了外力的能量，还对陶瓷基体产生压应变，使裂纹停止扩展。本专利技术还通过弥散相颗粒度的设计，提高了材料韧性。经由本专利技术工艺所获得的瓷件，如本实施例I所得到的陶瓷螺丝刀，其中的ZrO2颗粒呈细微的分散相弥散分布在陶瓷基体中，t相的ZrO2颗粒在基质材料受拉伸时阻止了横向斜面的收缩，起到增韧作用；同时，高弹性模量的颗粒对裂纹起到钉扎作用，使裂纹偏转，消耗了裂纹前进的动力；另外颗粒与基体的热膨胀不均衡，使外加载荷重新分配，防止基体内位错运动，也达到强化目的。通过本实施例工艺得到的陶瓷螺丝刀(如图2)，密度为4.0g/cm3，显微硬度HV2000 ;洛氏硬度HRA90，弯曲强度>=400MPa.使用寿命是金属螺丝刀的10倍。本专利技术工艺所得到的瓷件在损坏后还可另作他用，如粉碎后作为刚玉原料制成高级耐火材料、高温高强度粘接剂等，因此也更加环保。实施例2使用本专利技术工艺还可制作高性能气动阀门。将90%质量百分比的 Al2O3 微粉，8%的 ZrO2,0. 5%的 CaO，Y2O3 l%,MgO O. 5%经球磨机球磨成粉料，并使得球磨所得粉料中Ium以下的颗粒达到20%以上，lum-5um的颗粒达到30%以上，而5um以上的颗粒小于50%。而后加入粘合剂搅拌成混合料，并将混合料静压成型后做成气动阀门坯体，将坯体置入高温炉中烧结。烧结工艺的参数与实施例I相同。实施例3将实施例I中的材料配比改为12%的氧化锆，增加氧化铝到86. 5%的比例，Y2O31%, MgO 0.5%，球磨充分后达到同样细度后，经成型修整，烧结后可制作成高耐磨高压喷嘴。对于本领域的一般技术人员，不花费创造性的劳动，在上述实施例的基础上能够作多种变化，同样能够实现本专利技术的目的。但是，这种变化显然应该在本专利技术的权利要求书 的保护范围内。权利要求1.一种相变增韧陶瓷材料，其特征在于其材料各组分之质量百分比为Al2O3 微粒 70% -90%,ZrO2 为 8% -25%, Y2O3 为 1% -I. 5%,CaO 为 O. 5% -2. 5%,MgO为 O. 5% -I. 5%。2.如权利要求I所述的相变增韧陶瓷材料，其特征在于其更佳的材料各组分之质量百分比为 Al2O3 微粒 80%, ZrO2 为 18%, Y2O3 为 1%，CaO 为 O. 5%，MgO 为 O. 5%03.制备权利要求I所述相变增韧陶瓷材料瓷件的工艺，其特征在于包括以下步骤(I)按上述质量比配备原料，并经球磨设备磨成粉料； (2)加入粘合剂搅拌成混合料； (3)按所需制作的瓷件成型为坯体； (4)修整加工； (5)高温烧结。4.如权利要求3所述的制备相变增韧陶瓷材料瓷件的工艺，其特征在于步骤(5)中高温烧结的温度为1620°C _1650°C，恒温烧结时间为两小时。5.如权利要求3所述的制备相变增韧陶瓷材料瓷件的工艺，其特征在于步骤(3)中坯体采用注射成型。6.如权利要求3所述的制备相变增韧陶瓷材料瓷件的工艺，其特征在于步骤(3)中坯体采用静压成型。7.由权利要求3所述工艺制作的陶瓷螺丝刀，其特征在于，所述陶瓷螺丝刀中含有O.5um以下的t相ZrO2颗粒,并呈弥散分布。全文摘要本专利技术提供一种相变增韧陶瓷材料，其材料成分(质量百分比)为Al2O3微粒70％-90％，ZrO28％-25％，Y2O3 1％-1.5％，CaO0.5％-2.5％，MgO0.5％-1.5％。所述相变增韧材料的制备工艺，其包括以下步骤(1)按上述质量比配备原料，并经球磨设备磨成粉料；(2)加入粘合剂搅拌成混合料；(3)按所需制作的瓷件成型为坯体；(4)修整加工；(5)高温烧结。使用本专利技术之相变增韧材料及工艺制成的瓷件，通过相变增韧、微裂纹增韧和弥散增韧，材料韧性得到很大提升，达到提高强度的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变增韧陶瓷材料，其特征在于：其材料各组分之质量百分比为：Al2O3微粒70％？90％，ZrO2为8％？25％，Y2O3为1％？1.5％，CaO为0.5％？2.5％，MgO为0.5％？1.5％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：单伟毅，张万林，唐源生，
申请(专利权)人：上海敬开德精密陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：