本发明专利技术提供了一种氧化锰稳定的四方氧化锆陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料以氧化锆为基体，以过渡金属氧化物氧化锰作为稳定剂，具体制备方法为：将称量好的氧化锆和氧化锰混合粉倒入研钵中，进行充分的研磨混合，采用单向干压法，在８～１０ＭＰａ的压力下将粉料压结成一定形状的陶瓷片，将陶瓷片放入高温管式炉中烧结，使用的热处理制度为：升温速率小于３００℃／ｈ，氩气气氛下１３００～１４００℃保温１２ｈ～２４ｈ，然后随炉冷却。本发明专利技术工艺简单，成本低，采用固态烧结工艺制备四方氧化锆陶瓷，得到的材料具有良好的稳定性，是一种优异的结构陶瓷材料和固体电解质材料，有利于新型氧化锆陶瓷材料的应用推广。
Manganese oxide stabilized tetragonal zirconia ceramic material and preparation method thereof
The invention provides a tetragonal zirconia ceramics material and preparation method of manganese oxide is stable, the ceramic material in zirconia matrix, transition metal oxide and manganese oxide as a stabilizer, the preparation method is as follows: the weighed zirconium oxide and manganese oxide powder mixed into a mortar, grinding and mixing fully using one-way, dry pressing method, in 8 ~ 10MPa under the pressure of the ceramic powder pressure form the shape of the ceramic plate in high temperature sintering furnace tube, heat treatment system used for the heating rate of less than 300 DEG C / h, argon atmosphere 1300 ~ 1400 DEG C and 12h ~ 24h. With the furnace cooling. The invention has the advantages of simple process, low cost, preparation of tetragonal zirconia ceramics by solid state sintering process, the obtained material has good stability, is a kind of excellent structural ceramic materials and solid electrolyte materials are easy to spread the application of zirconium oxide ceramic material.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属 于氧化锆基陶瓷
技术介绍
氧化锆(Zr02)陶瓷具有高熔点和良好的化学稳定性，从20世纪70 年代开始得到研究者的重视。在不同温度下，氧化锆主要以三种同质异形 体存在，即单斜晶系(m-Zr02)、四方晶系(t-ZrOJ和立方晶系(c-Zr02)。纯 的ZrO,在烧结冷却过程中发生四方相到单斜相的马氏体相变时伴随有 3%~5%的体积变化，从而导致材料容易开裂，使得氧化锆块材在工程应用 上受到限制。为了消除相变引起的体积变化，研究发现在纯的Zr02中加入稳定剂， 在高温烧结时将形成四方相或立方相固熔体，在冷却时可以消除四方相向 单斜相转变。常用的稳定剂有丫203、 Mg0、 Ca0、 Ce02和Sc203等。稳定的Zr02 具有高韧性和耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于金属等优点， 因此被广泛应用于结构陶瓷领域。但是，研究发现Y2(h稳定的Zr02 ( YSZ) 在100-400。C的低温区长期使用时，材料表面向内部发生四方相到单斜相 的等温相变，导致力学性能急剧下降，即发生低温性能老化。"02稳定的 Zr02具有较高的断裂軔度和良好的抗低温水热老化性能，不足之处是硬度 和强度偏低。同时稳定的Zr02也是优良的氧离子导体，在固体氧化物燃料电池、氧 传感器中作为固体电解质材料得到了广泛的应用。对于Zr02固体电解质材 料，目前研究较多的是YSZ。在Zr02基的电解质材料中，掺杂效果最好的 是S"03掺杂的Zr02,其电导率在IOO(TC时可达到0. 3S . cm-\是目前文 献报道较好的8%-10%(摩尔分数)￥203稳定的氧化锆(8YSZ)电导率的两倍。但是大多数Sc20fZr02的材料，由于在烧结过程中形成亚稳态相，会 使电导率下降很快，稳定性很差。Teighery等也对A1A捧杂的YSZ进行 了研究，发现5%-10%(质量百分数"1 203的掺杂对8YSZ材料的性能有很大的改善。常见的Zr02稳定剂是稀土或碱土氧化物，而且只有离子半径与Zr"半 径相差不超过40%的氧化物才能作为氧化锆的稳定剂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种具有很好稳定性的氧化锰稳定的四方氧化锆陶瓷材料。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是 一种氧化锰稳定的 四方氧化锆陶瓷材料，其特征在于由以下摩尔百分数的原料组成稳定剂 10%~30%，氧化锆70%~90%，所述稳定剂为过渡金属氧化物氧化锰。本专利技术的另一目的是提供一种工艺简单、成本低的制备氧化锰稳定的 四方氧化锆陶瓷材料的方法，其特征在于制备过程为首先称量氧化锆和 氧化锰，将称量好的氧化锆和氧化锰混合粉倒入研钵中，进行充分的研磨 混合，釆用单向干压法，在8 10MPa的压力下将所述混合粉压结成陶瓷片，将所述陶瓷片放入高温管式炉中烧结，使用的热处理制度为升温速 率小于30(TC/h，氩气气氛下1300 140(TC高温保温12h 24h,然后随炉冷却，即制得氧化锰稳定的四方氧化锆陶瓷材料。本专利技术以氧化锆为基体， 一种过渡金属氧化物氧化锰作为稳定剂，釆 用固态烧结法制备单一稳定剂稳定的氧化锆陶瓷。合成工艺技术条件及操 作方法简明，为开发稳定氧化锆技术提供了新的思路。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点1、 突破传统的利用稀土或碱土金属氧化物来稳定氧化锆的局限，独具 特色地釆用过渡金属氧化物来制备稳定氧化锆，为开发稳定氧化锆技术提 供了新的思路。2、 合成工艺技术条件及操作方法简明，具有准确、高效、反应条件易控制、反应充分等特点。3、制备的氧化锰稳定的四方氧化锆陶瓷材料的稳定性良好。下面通过实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。 具体实施例方式实施例l将分析纯的ZrO2和Mn2O3按照Zr0.75Mn0.250(2—delta)的化学计量比称量，将称量 好的混合粉倒入研钵中，进行充分的研磨混合，使用天平称量按每份l. 5g 称取若干粉料，釆用单向干压法，在8MPa的压力下将粉料压结成50mmx 5mm x 2隱的陶瓷片，将陶瓷片放入最高温度可达160(TC的高温管式炉中釆用 30(TC/h的升温速率，在氩气气氛下，130(TC保温12h，然后随炉冷却。得 到的氧化锆陶瓷经X R D检测为单 一 四方相。实施例2将分析纯的Zr02和Mn203按照Zr0.8Mn0.20(2—delta)的化学计量比称量，将称量好 的混合粉倒入研钵中，进行充分的研磨混合，使用天平称按量每份2g称取 若干粉料，采用单向干压法，在10MPa的压力下将粉料压结成50mm*5mm* 3mm的陶瓷片，将陶瓷片放入高温管式炉中釆用30(TC/h的升温速率，在氩 气气氛下，140(TC保温12h，然后随炉冷却。得到的氧化锆陶瓷经XRD检测 为单一四方相。实施例3将分析纯的Zr02和Mn203按照Zr0.75Mn0.250(2—delta)的化学计量比称量，将称量 好的混合粉倒入研钵中，进行充分的研磨混合，使用天平称量按每份1.5g 称取若干粉料，釆用单向干压法，在lOMPa的压力下将粉料压结成02Omm x2mm的陶瓷片，将陶瓷片放入高温管式炉中釆用20(TC/h的升温速率，在 氩气气氛下，130(TC保温16h,然后随炉冷却。得到的氧化锆陶瓷经XRD检 测为单一四方相。权利要求1.一种氧化锰稳定的四方氧化锆陶瓷材料，其特征在于由以下摩尔百分数的原料组成稳定剂10％～30％，氧化锆70％～90％，所述稳定剂为过渡金属氧化物氧化锰。2.制备如权利要求1所述的一种氧化锰稳定的四方氧化锆陶瓷材料 的方法，其特征在于制备过程为首先称量氧化锆和氧化锰，将称量好的 氧化锆和氧化锰混合粉倒入研钵中，进行充分的研磨混合，采用单向干压 法，在8 10MPa的压力下将所述混合粉压结成陶瓷片，将所述陶瓷片放 入高温管式炉中烧结，使用的热处理制度为升温速率小于300°C/h，氩 气气氛下1300 140(TC髙温保温12h 24h,然后随炉冷却，即制得氧化 锰稳定的四方氧化锆陶瓷材料。全文摘要本专利技术提供了，该陶瓷材料以氧化锆为基体，以过渡金属氧化物氧化锰作为稳定剂，具体制备方法为将称量好的氧化锆和氧化锰混合粉倒入研钵中，进行充分的研磨混合，采用单向干压法，在8～10MPa的压力下将粉料压结成一定形状的陶瓷片，将陶瓷片放入高温管式炉中烧结，使用的热处理制度为升温速率小于300℃/h，氩气气氛下1300～1400℃保温12h～24h，然后随炉冷却。本专利技术工艺简单，成本低，采用固态烧结工艺制备四方氧化锆陶瓷，得到的材料具有良好的稳定性，是一种优异的结构陶瓷材料和固体电解质材料，有利于新型氧化锆陶瓷材料的应用推广。文档编号C04B35/622GK101357845SQ20081015091公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月11日 优先权日2008年9月11日专利技术者冯建情, 卢亚锋, 李成山, 白利锋, 果 闫, 玲 高 申请人:西北有色金属研究院本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化锰稳定的四方氧化锆陶瓷材料，其特征在于由以下摩尔百分数的原料组成：稳定剂１０％～３０％，氧化锆７０％～９０％，所述稳定剂为过渡金属氧化物氧化锰。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卢亚锋，高玲，冯建情，李成山，白利锋，闫果，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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