一种ZTA颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种ZTA颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法，包括如下步骤：将所述粘结剂的原料球磨，得到粘接剂；所述粘接剂的原料按重量百分比包括：固相含量为20％的硅溶胶54％

【技术实现步骤摘要】
一种ZTA颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种氧化锆增韧氧化铝(ZTA)颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法，尤其涉及一种应用于ZTA/Fe基复合耐磨材料制备的ZTA颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法，属于新型复合陶瓷制备领域。

技术介绍

[0002]ZTA陶瓷颗粒其主要成分为氧化铝，其中添加了5
‑
40wt％左右的氧化锆，其烧结后主要组成为氧化铝和氧化锆陶瓷微晶。因为氧化锆的添加使ZTA陶瓷颗粒中的晶粒更加细小，同时氧化锆还对ZTA颗粒产生一定的相变增韧作用，因此ZTA颗粒除了保持了氧化铝陶瓷的高热稳定性和高硬度外还比氧化铝陶瓷具有更高的断裂韧性，同时价格便宜是比较理想的陶瓷铁基复合耐磨材料的增强材料。
[0003]目前ZTA/Fe基复合耐磨材料的制备方法为：先将一定粒度的ZTA颗粒均匀拌和上粘接剂后，在特制的模具中干压成所需形状的多孔陶瓷预制体，粘接剂固化后脱模，获得多孔的ZTA颗粒预制体，然后将预制体根据服役需要固定在铸模砂型的指定部位，再将设计配方的铁合金熔体浇注于砂型中，铁水通过表面张力填充ZTA颗粒之间的空隙，获得ZTA/Fe基复合材料。
[0004]目前常用的粘接剂为水玻璃和硅溶胶，其优点是可以室温下固化，对预制体的粘接强度较高。但是其也存在明显缺陷：(1)高温强度低，在1500℃左右浇铸高锰钢基体时，容易产生粘接剂失效，造成预制体破碎和陶瓷颗粒在复合材料中上浮：(2)粘接剂与铁水润湿性不好，在铁水浇铸过程中容易出现因为铁水与陶瓷预制体的浸润不良而产生大的气孔和空洞等缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种与铁水浸润性好的ZTA颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法。
[0006]本专利技术通以下技术方案实现：
[0007]一种ZTA颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法，包括如下步骤：
[0008]将粘结剂的原料混合后球磨，得到粘接剂；
[0009]所述粘接剂的原料按重量百分比包括：固相含量为20％的硅溶胶54％
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65％、TiO2溶胶10
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15％、模数为3.2的水玻璃8
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10％、固相含量为10％的铝溶胶8
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10％、硼酸5
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6％、五氧化二钒4
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5％；
[0010]将ZTA颗粒与所述粘接剂按质量比(93
‑
95)：(5
‑
7)混合，模压成型后，脱模，干燥，得到包覆有所述粘结剂的ZTA生坯；
[0011]将包覆有所述粘结剂的ZTA颗粒升温至1200
‑
1250℃烧结，得到ZTA陶瓷颗粒多孔预制体。
[0012]所述TiO2溶胶的制备方法包括将钛酸酯和有机溶剂混合并加入氨水的步骤。
[0013]所述钛酸酯包括钛酸丁酯；
[0014]所述有机溶剂包括乙醇；
[0015]所述钛酸酯和所述有机溶剂的质量比为4
‑
5:1。
[0016]所述的ZTA颗粒多孔陶瓷预制体粘接剂的制备方法，包括将钛酸酯和有机溶剂以7000
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8500r/min的速度搅拌1
‑
2小时使钛酸酯和有机溶剂混合的步骤。
[0017]所述的ZTA颗粒多孔陶瓷预制体粘接剂的制备方法，包括钛酸酯和有机溶剂混合并按每50毫升混合液滴加1
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1.5毫升氨水的比例加入pH值为10
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11的氨水，再以7000
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8500r/min的速度搅拌2
‑
4小时的步骤。
[0018]所述球磨的球料质量比为1.2:1；
[0019]所述球磨采用的磨球包括直径为10mm的氧化锆球。
[0020]所述球磨过程中，球磨罐的自转速度为800
‑
1000r/min；
[0021]所述球磨过程中，球磨罐的公转速度为80
‑
100r/min；
[0022]所述球磨的时间为2
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4h。
[0023]所述模压成型的压力为5MPa。
[0024]所述干燥的温度为80
‑
100℃；
[0025]所述干燥的时间为4
‑
6h。
[0026]所述烧结包括以3
‑
5℃/min的速度，升温到1200
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1250℃，保温2
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3h，然后以5
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10℃/min的速度冷却至1000
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1050℃，保温3
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4h的步骤。
[0027]相对于现有技术，本专利技术有益效果如下：
[0028]本专利技术在制备ZTA颗粒多孔陶瓷预制体的过程中，改进了粘接剂的配方，提供了一种TiO2系的微晶玻璃体系的粘接剂。所述粘接剂配合ZTA陶瓷颗粒多孔预制体的烧结方式，可使粘接剂中析出大量的TiO2晶体，从而提高粘接剂的高温强度，解决ZTA陶瓷颗粒多孔预制体在铁水浇铸过程中的破损和陶瓷颗粒的上浮现象。同时在所述粘接剂中引入V2O5活性成分，使得在铁水浇铸过程中，所述粘接剂可以与铁水形成Fe
‑
O
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V化学键，从而使所述粘接剂与铁水形成良好的润湿，解决铁水与陶瓷预制体的浸润不良而产生大的气孔和空洞等缺陷的问题。
附图说明
[0029]图1示出了实施例1制备的粘接剂在1250℃保温3h后随炉冷却后的XRD图。图1表明在1250℃保温3h后随炉冷却后的粘接剂，其XRD图谱为典型的玻璃相衍射图谱，这说明经1250℃保温3h后各组分互熔均匀，形成了匀质的玻璃相。
[0030]图2示出了实施例1制备的粘接剂在1250℃保温3h后，1000℃保温3h后随炉冷却后的XRD图。图2表明在1250℃保温3h，1000℃保温2h后随炉冷却后的粘接剂，其XRD图谱中出现明显的TiO2衍射峰，表明样品中析出了大量的TiO2晶体。
[0031]图3示出了实施例1制备的粘接剂在1250℃保温3h后，1000℃保温3h后随炉冷却后的样品扫描电镜照片。该图片表明在1250℃保温3h，1000℃保温3h后随炉冷却后的粘接剂，出现明显的TiO2衍射峰，表明样品中析出了大量的TiO2晶体。
[0032]图4示出了普通水玻璃粘接剂制备的ZTA颗粒多孔陶瓷预制体1520℃浇铸ZMn13后工件的表面形貌。图4表明因为水玻璃的高温粘接强度低，造成预制体在浇铸过程中溃散，
在工件表面出现了陶瓷颗粒漂浮现象。
[0033]图5示出了采用实施例1制备的粘接剂制备的ZTA颗粒多孔陶瓷预制体1520℃浇铸ZMn13后工件的局部形貌。图5表明该粘接剂的高温粘接强度较高，制备的预制体在浇铸过程不会出现溃散和陶瓷颗粒漂浮现象。同时铁水与ZTA多孔陶瓷预制体润湿性良好，工件不存在因为铁水与陶瓷预制体的浸润不良而产生大的气孔和空洞等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZTA颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将粘结剂的原料混合后球磨，得到粘接剂；所述粘接剂的原料按重量百分比包括：固相含量为20%的硅溶胶54%
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65%、TiO
2 溶胶10
‑
15%、模数为3.2的水玻璃8
‑
10%、固相含量为10%的铝溶胶8
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10%、硼酸5
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6%、五氧化二钒4
‑
5%；将ZTA颗粒与所述粘接剂按质量比（93
‑
95）：（5
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7）混合，模压成型后，脱模，干燥，得到包覆有所述粘结剂的ZTA 生坯；将包覆有所述粘结剂的ZTA颗粒升温至1200
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1250℃烧结，得到所述ZTA颗粒多孔陶瓷预制体。2.如权利要求1 所述的ZTA 颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法，其特征在于：所述TiO2溶胶的制备方法包括将钛酸酯和有机溶剂混合并加入氨水的步骤。3.如权利要求2所述的ZTA 颗粒多孔陶瓷预制体粘接剂的制备方法，其特征在于：所述钛酸酯包括钛酸丁酯；所述有机溶剂包括乙醇；所述钛酸酯和所述有机溶剂的质量比为4
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5:1。4.如权利要求2 所述的ZTA 颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法，其特征在于：包括将钛酸酯和有机溶剂以 7000
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8500r/min 的速度搅拌1
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2 小时使钛酸酯和有机溶剂混合的步骤。5.如权利要求1 所述的ZTA 颗粒多孔陶瓷预制体的制备方法，其特征在于：包括钛酸酯和有...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢寿安，王灿，吕杰，张军让，
申请(专利权)人：优钢新材料科技湖南有限公司，
类型：发明
国别省市：