本发明专利技术公开了一种ZTA陶瓷材料及其制备方法和应用，所述ZTA陶瓷材料包括陶瓷基体和添加剂；所述添加剂包括尖晶石；所述尖晶石的分子式为AB2O4，其中，A选自Zn、Mg、Ca中的至少两种，B为Al。本发明专利技术中的ZTA陶瓷材料通过添加尖晶石，可以使ZTA陶瓷材料兼具较高的韧性、强度和硬度，其中，硬度大于16.5GPa，抗弯强度不低于600MPa。此外，本发明专利技术中的ZTA陶瓷材料还具有较小的晶粒尺寸，平均晶粒粒径小于1μm。将本发明专利技术中的ZTA陶瓷材料制备成陶瓷烧结体，可以应用于髋关节假体等关节假体、陶瓷劈刀等产品中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种zta陶瓷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、氧化锆增韧氧化铝(zta)陶瓷材料是将氧化铝和氧化锆按一定比例复合，然后通过细化烧结体颗粒尺寸，能够提高zta陶瓷的强度和硬度。为进一步改善zta陶瓷材料的特性，通常会在zta陶瓷材料中添加少量添加剂，如掺入mo、w、mo和w的混合物、sro、y2o3等，从而促使zta陶瓷材料中形成细长的各向异性颗粒，在获得高韧性的同时具有高强度的特性；或者从如ca3ti8al12o37、srti3al8o19、ba3tial10o20等复合氧化物中选出至少一种引入zta陶瓷材料中，使复合陶瓷中形成长宽比大于3的柱状晶。上述zta陶瓷材料通过引入金属相、柱状晶等虽然在强度和韧性方面均有了提高，但也存在如下问题：(1)在zta陶瓷材料中引入金属相，一方面由于金属键结合力较小，离子容易脱离进入到身体环境中引发各种各样的反应，存在一定安全隐患；另一方面金属相的硬度相对陶瓷相较低，从而使陶瓷材料的硬度下降。(2)在zta陶瓷材料中引入硬度相对较低的柱状晶，同样存在硬度下降的问题。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的至少一个技术问题，本专利技术的目的之一在于提供一种zta陶瓷材料。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种zta陶瓷材料的制备方法。
3、本专利技术的目的之三在于提供一种陶瓷产品。
4、本专利技术的目的之四在于提供一种zta陶瓷材料在制备医用材料或电子产品中的应用。</p>5、为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
6、本专利技术的第一个方面提供了一种zta陶瓷材料，包括陶瓷基体和添加剂；所述添加剂包括尖晶石；所述尖晶石的分子式为ab2o4，其中，a选自zn、mg、ca中的至少两种，b为al
7、本专利技术在陶瓷基体中引入了尖晶石，细小的尖晶石相本身硬度高，烧结后尖晶石相分布在陶瓷基体的晶粒周围，尖晶石相通过扎钉效应能起到晶粒细化，硬度提高的作用，从而使含有尖晶石添加剂的zta陶瓷材料在维持较高强度和韧性的前提下，具有较高的硬度，将该zta陶瓷材料制备成陶瓷烧结体，可以应用于髋关节假体等关节假体、陶瓷劈刀等产品中。
8、本专利技术中尖晶石的物理性质与陶瓷基体的性质接近，两者具有较好的相容性，此外，尖晶石中的zn、mg、ca元素不容易变价，具有较高的稳定性和较高的硬度。
9、优选地，所述尖晶石的粒径为20-50nm，例如可选自20nm、30nm、40nm、50nm。当尖晶石的粒径在20～50nm范围内时尖晶石在陶瓷基体中均匀分散，且使陶瓷烧结体具有较高的硬度和烧结致密度。若尖晶石粒径太小，难以在陶瓷基体中分散均匀；若尖晶石粒径太大，则会导致添加该尖晶石的陶瓷烧结体硬度和烧结致密度变差。
10、优选地，所述陶瓷基体和尖晶石的质量比为(18.4～199)：1，例如，可以选自18.4：1、19：1、20：1、21：1、22：1、23：1、25：1、27：1、28：1、29：1、30：1、31：1、32：1、33：1、34：1、35：1、36：1、37：1、38：1、39：1、40：1、41：1、42：1、43：1、44：1、45：1、46：1、47：1、48：1、49：1、50：1、51：1、52：1、60：1、70：1、80：1、90：1、100：1、110：1、120：1、130：1、140：1、150：1、160：1、170：1、180：1、190：1、199：1；进一步优选地，所述陶瓷基体和尖晶石的质量比为(20～154)：1；更优选地，所述陶瓷基体和尖晶石的质量比为(30～50)：1。若陶瓷基体和尖晶石的质量比值过高，尖晶石所产生的作用较小，对硬度的提高效果弱。若陶瓷基体和尖晶石的质量比值过低，尖晶石容易富集形成大晶粒，硬度和烧结致密度变差。
11、优选地，所述添加剂还包括铝酸锶、氧化铬中的至少一种。
12、优选地，所述添加剂还包括铝酸锶和氧化铬。
13、优选地，以zta陶瓷材料的总质量百分数为100％计，所述铝酸锶的质量百分数为0.5～3％，例如，铝酸锶的质量百分数可选自0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％；进一步优选地，以zta陶瓷材料的总质量百分数为100％计，所述铝酸锶的质量百分数为1～3％；更优选地，以zta陶瓷材料的总质量百分数为100％计，所述铝酸锶的质量百分数为1～2％。当铝酸锶的含量在本专利技术限定的范围内时，可以显著提高zta陶瓷材料的韧性和强度；若铝酸锶的添加量过高会影响硬度，使zta陶瓷材料的硬度降低。若铝酸锶的添加量过低，获得的zta陶瓷材料的韧性和强度不足。
14、优选地，以zta陶瓷材料的总质量百分数为100％计，所述氧化铬的质量百分数为0.1～0.5％，例如，可选自0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％、0.5％；进一步优选地，以zta陶瓷材料的总质量百分数为100％计，所述氧化铬的质量百分数为0.2～0.4％。在本专利技术中，氧化铬固溶到氧化铝晶格中，使晶格发生一定程度的畸变，促进烧结。若氧化铬添加量过低，促进烧结作用较弱，若氧化铬添加量过高，难以完全固溶，反而会阻碍烧结。
15、优选地，所述陶瓷基体为zta陶瓷基体，即为氧化锆增韧氧化铝陶瓷。zta陶瓷基体中，氧化锆和氧化铝的质量比为1：(3～4)，例如可选自1:3、1:3.1、1:3.2、1:3.3、1:3.4、1:3.5、1:3.6、1:3.7、1:3.8、1:3.9、4：1。
16、优选地，所述尖晶石为(zn1-x-ymgxcay)al2o4，其中，0≤x＜0.3，0≤y＜0.3，x和y不同时为0；例如：尖晶石中x的取值可以选自0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.295、0.296、0.297、0.298、0.299；尖晶石中y的取值可以选自0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种ZTA陶瓷材料，其特征在于：包括陶瓷基体和添加剂；所述添加剂包括尖晶石；所述尖晶石的分子式为AB2O4，其中，A选自Zn、Mg、Ca中的至少两种，B为Al。
2.根据权利要求1所述的ZTA陶瓷材料，其特征在于：所述陶瓷基体和尖晶石的质量比为(18.4～199)：1。
3.根据权利要求1所述的ZTA陶瓷材料，其特征在于：所述添加剂还包括铝酸锶、氧化铬中的至少一种；
4.根据权利要求1或2所述的ZTA陶瓷材料，其特征在于：所述尖晶石为(Zn1-x-yMgxCay)Al2O4，其中，0≤x＜0.3，0≤y＜0.3，x与y不同时为0。
5.根据权利要求4所述的ZTA陶瓷材料，其特征在于：所述尖晶石为(Zn1-x-yMgxCay)Al2O4，其中，0.05≤x＜0.3，0.05≤y＜0.3。
6.根据权利要求1所述的ZTA陶瓷材料，其特征在于：所述尖晶石的制备方法为：将选自镁醇盐、锌醇盐、钙盐中的至少两种与铝醇盐混合后水解反应，陈化，煅烧后制得。
7.根据权利要求6所述的ZTA陶瓷材料，其特征在于：所述陈化时间为1～3h；
8.权利要求1～7任一项所述的ZTA陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
9.一种陶瓷产品，其特征在于：采用包括权利要求1～7任一项所述的ZTA陶瓷材料的原料制成；所述陶瓷产品选自关节假体、滑动轴承或陶瓷劈刀。
10.权利要求1～7任一项所述的ZTA陶瓷材料在制备医用材料或电子产品中的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种zta陶瓷材料，其特征在于：包括陶瓷基体和添加剂；所述添加剂包括尖晶石；所述尖晶石的分子式为ab2o4，其中，a选自zn、mg、ca中的至少两种，b为al。
2.根据权利要求1所述的zta陶瓷材料，其特征在于：所述陶瓷基体和尖晶石的质量比为(18.4～199)：1。
3.根据权利要求1所述的zta陶瓷材料，其特征在于：所述添加剂还包括铝酸锶、氧化铬中的至少一种；
4.根据权利要求1或2所述的zta陶瓷材料，其特征在于：所述尖晶石为(zn1-x-ymgxcay)al2o4，其中，0≤x＜0.3，0≤y＜0.3，x与y不同时为0。
5.根据权利要求4所述的zta陶瓷材料，其特征在于：所述尖晶石为(zn1-x-ymg...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱基华，
申请(专利权)人：潮州三环集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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