一种高强韧３Ｙ－ＴＺＰ复合陶瓷及其制备方法技术

一种高强韧３Ｙ－ＴＺＰ复合陶瓷及制备方法，所述３Ｙ－ＴＺＰ复合陶瓷由３Ｙ－ＴＺＰ、ＳｉＣ晶须、Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７组成：所述３Ｙ－ＴＺＰ复合陶瓷制备方法包括Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７粉末的制备和配料；球磨；压型、脱胶；烧结四个工艺步骤。本发明专利技术在３Ｙ－ＴＺＰ中引入ＳｉＣ晶须，Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７铁电材料第二相添加物，通过微波烧结得到复相陶瓷。通过调节ＳｉＣ晶须、Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７含量及优化微波烧结工艺，在ＳｉＣ晶须补强，Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７压电第二相增韧协同作用下，获得同时具有高强高韧的陶瓷材料。本发明专利技术组份合理、制备工艺简单、采用ＳｉＣ晶须补强与Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７压电第二相增韧协同技术，同时达到增强增韧效果。适于工业化生产，有效提升了３Ｙ－ＴＺＰ陶瓷的力学性能，拓展了其应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种3Y-TZP复合陶瓷及其制备方法，特别是指一种高强韧3Y-TZP复 合陶瓷及其制备方法；属于复合陶瓷制备

技术介绍
3Y-TZP氧化锆具有低热导率、高的强度和韧性、低弹性模量、高抗热冲击性、高工 作温度(1100°c)等特性。因此被用于制造狄索尔发动机零件、内燃机零件等。部分稳定氧 化锆具有高的硬度和耐磨性，所以氧化锆在磨介和磨具领域中有着广泛的应用。由于氧化 锆没有磁性、不导电、不生锈、耐磨，因此，在生物医学器械领域和刀具、工具领域中应用很 广。近来部分稳定氧化锆可以通过粉末冶金方法，制备避磁的手表表壳、耐腐的表件和其它 仪表零件。除了上述的应用，3Y-TZP还广泛应用于装饰、生活、医学、压电陶瓷、传感器陶瓷 等领域。但是作为脆性材料，陶瓷会在毫无征兆的情况下断裂，这在很大程度上限制了其 应用，提高陶瓷的可靠性成了扩展陶瓷应用的关键。提高陶瓷的可靠性主要通过提高陶瓷 的强度与断裂韧性来实现，目前提高陶瓷断裂韧性的主要途径有纤维增韧，颗粒增韧，相变 增韧，压电第二相增韧。陶瓷在增韧方面已取得一定进展。但始终未能同时获得高韧性与 高强度的陶瓷材料。近年来，利用纤维补强陶瓷，虽取得一定进展，但效果不是很明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组份合理、制备工艺简单、采 用Sic晶须补强与Sr2Nb207压电第二相增韧协同技术，同时达到增强增韧效果的高强韧 3Y-TZP复合陶瓷及其制备方法。本专利技术一种高强韧3Y-TZP复合陶瓷，按重量百分由以下组份组成3Y-TZP 80% -90% ；SiC 晶须7%-19% ；Sr2Nb207 :0. 5%-3%。本专利技术中，所述3Y-TZP的粒径是50 lOOnm，SiC晶须直径为1 3iim，长度为 2 10 li m。本专利技术一种高强韧3Y-TZP复合陶瓷的制备方法，包括下述步骤第一步Sr2Nb207粉末的制备和配料1、将纯度为99. 5%的SrC03，与99. 99%的Nb205的原料按2 1的摩尔比称取后， 装入球磨罐，以无水乙醇为球磨介质，在球磨罐中球磨12 36小时；烘干，过100目筛；然 后在1200°C 1300°C煅烧3 5小时，得到Sr2Nb207粉末；2、按设计的复合陶瓷组份比例称取SiC晶须，Sr2Nb207，3Y-TZP混合；第二步球磨将第一步所得混合物放入球磨罐中，以无水乙醇为球磨介质，球磨10 20b ；将球磨得到的浆料干燥，过100目筛；第三步压型、脱胶在第二步过筛后的粉末中掺2 4%的聚乙烯醇作为粘结剂，然后压型，成型压力 为20 40Mpa ；将压制成型的试样加热进行脱胶处理；加热速率为3 8°C /min升温至 300 400°C，保温0. 5 1. 5小时;第四步烧结将脱胶后的样品置于微波烧结炉中进行烧结；升温速率为20 50°C /min，烧结温 度为1400 1600°C，保温时间10 30min。本专利技术第一步中，所述复合陶瓷组份的重量百分比为3Y_TZP SiC晶 须Sr2Nb207 = (80 90) (7 19) (0. 15 3)，所述 3Y-TZP 的粒径是 50 lOOnm， SiC晶须直径为1 3 ii m，长度为2 10 ii m。本专利技术第二步中，所述球磨罐为氧化锆球磨罐。本专利技术第三步中，所述脱胶处理在管式炉中进行。本专利技术由于采用上述配方及工艺方法，利用SiC晶须补强，Sr2Nb207压电第二相协 同增韧，通过微波烧结，控制SiC晶须，Sr2Nb207的组分含量，烧结工艺等来优化陶瓷性能。 通过添加Sr2Nb207，Sr2Nb207以压电第二相与氧化锆基体共存，是一种铁电陶瓷，铁电陶瓷中 的非180°铁电畴在应力场作用下可能发生转动，而电畴的转动能够耗散部分裂纹的弹性 能，增加裂纹扩展的阻力，从而提高了陶瓷的断裂韧性。而在陶瓷中添加碳化硅纤维，在陶 瓷的变形过程中，通过纤维的滑移，剥离以及拔出从而起到强韧化作用。强度测试以及断裂 韧性实验表明优化后的涂层设计获得了较好的力学性能。同时，本专利技术采用微波烧结技术， 通过能量的转换来实现加热，具有缩短烧结时间，能量利用率高，降低烧结温度，减短烧结 时间，提高产品性能，减少能耗和环保等优点。克服了传统烧结方法通过能量的传递给材料 加热，能量利用率低、烧结时间长的缺陷。综上所述，本专利技术组份合理、制备工艺简单、采用SiC晶须补强与Sr2Nb207压电第 二相增韧协同技术，同时达到增强增韧效果。适于工业化生产，有效提升了 3Y-TZP陶瓷的 力学性能，拓展了其应用领域。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，下述实施例用来解释本专利技术，而不 是对本专利技术进行限制，在本专利技术的精神和权利要求保护范围内，对本专利技术作出的任何修改 和改变，都落入本专利技术的保护范围。实施例1 将纯度为99. 5 %的SrC03，与99. 99 %的Nb205的原料按2 1的摩尔 比称取后，装入球磨罐，以无水乙醇为球磨介质，在球磨罐上球磨12小时；烘干，过100目 筛；然后在1300°C煅烧3小时，得到Sr2Nb207粉末。再按3Y-TZP SiC晶须Sr2Nb207为 80 19 1的比例称取原料，所述3Y-TZP的粒径是50 100歷，5比晶须直径为1 311111， 长度为2 10 y m ；使用氧化锆球磨罐，以无水乙醇为球磨介质，在行星球磨机上球磨10h ； 将球磨得到的浆料干燥，过100目筛；将过筛后的粉末掺杂2%的聚乙烯醇作为粘结剂，然 后进行压制成型，压力为20Mpa。将压制成型的坯体在管式炉中以;TC /min的升温速率升 至400°C，保温0. 5h脱去粘结剂；最后将脱胶后的坯体在微波烧结炉中进行微波烧结。升温速率为20°C /min ；烧结温度为1400°C ；保温时间为lOmin。将得到的陶瓷进行力学性能测试。其断裂韧性为20Mpa m1/2 ；强度为1795Mpa。实施例2 将纯度为99. 5 %的SrC03，与99. 99 %的Nb205的原料按2 1的摩尔 比称取后，装入球磨罐，以无水乙醇为球磨介质，在球磨罐上球磨24小时；烘干，过100目 筛；然后在1250°C煅烧4小时，得到Sr2Nb207粉末。再按3Y-TZP SiC晶须Sr2Nb207为 85 14. 85 0. 15的比例称取原料，3Y-TZP的粒径是50 lOOnm，SiC晶须直径为1 3ym，长度为2 lOiim ；使用氧化锆球磨罐，以无水乙醇为球磨介质，在行星球磨机上球磨 15h ；将球磨得到的浆料干燥，过100目筛；将过筛后的粉末掺杂3%的聚乙烯醇作为粘结 剂，然后进行压制成型，压力为30Mpa。将压制成型的坯体在管式炉中以5°C /min的升温速 率升至350°C，保温lh脱去粘结剂；最后将脱胶后的坯体在微波烧结炉中进行微波烧结。升 温速率为40°C /min ；烧结温度为1500°C ；保温时间为20min。将得到的陶瓷样品进行力学性能测试。其断裂韧性为25Mpa m1/2 ；强度为 1728Mpa。实施例3 将纯度为99. 5 %的SrC03，与99. 99 %的Nb205的原料按2 1的摩尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强韧３Ｙ－ＴＺＰ复合陶瓷，按重量百分由以下组份组成：３Ｙ－ＴＺＰ：８０％－９０％；ＳｉＣ晶须：７％－１９％；Ｓｒ↓［２］Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［７］：０．５％－３％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周宏明，李荐，郭雁军，郭欣，刘芙蓉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]