本发明专利技术制造一种具有优异的耐磨损性与硬度且抑制边缘部分的粒溢出的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料。本发明专利技术中的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料具有在氧化铝粒子内分散有氧化锆粒子且在氧化锆粒子内分散有氧化铝粒子的复合结构。第1相由包含二氧化铈的氧化锆粒子构成，第2相由氧化铝粒子构成。作为用于生成上述第2相的氧化铝粒子的氧化铝粉末，将平均粒径为0.1μm以上的α-氧化铝粉末与平均粒径为0.01～0.1μm的γ-氧化铝粉末按照质量比为85：15～65：35的比例进行使用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具备耐磨损性、硬度、抑制粒溢出(粒C ff Λ)、强度及韧性的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法。此外，本专利技术涉及氧化锆-氧化铝复合造粒粉、及由氧化锆-氧化铝复合造粒粉得到的氧化锆珠。
技术介绍
与金属材料、塑料材料相比，陶瓷材料具有硬度、耐磨损性、耐热性、耐腐蚀性等优异的性能。然而，在汽车、飞机、宇宙飞船等机械部件；包含钻头、医疗手术刀的刀具；医疗用具；人工关节、人工牙齿之类的生物体材料部件等的广泛领域中，陶瓷材料在严格的条件下被使用。在应用到这些领域中的情况下，希望开发出高水平且兼具强度与韧性的良好平衡的陶瓷材料。作为这种陶瓷材料的有力候补之一，氧化锆-氧化铝系复合陶瓷材料受到关注。例如，提出了一种氧化锆系复合陶瓷材料，其由用氧化锆粒子形成的基质相与分散于氧化锆粒子的粒界及氧化锆粒子内的分散相所构成(例如，参照特开平5-246760号公报)。该例中的基质相是由含有5 30摩尔％的二氧化铈的正方晶氧化锆粒子形成的。此夕卜，分散相是由选自氧化铝、碳化硅、氮化硅及碳化硼中的至少I种微粒形成的。基质相的粒生长因该分散相的存在而受到抑制，因此可得到基质相的微细组织，并且促进正方晶氧化锆的稳定化，结果是实现破坏源的尺寸减少。此外，提出了一种高强度/高韧性氧化锆系复合陶瓷材料，其包含由氧化锆(ZrO2)粒子形成的第I相与由平均粒径为2μπι以下的氧化铝(Al2O3)粒子形成的第2相(例如，参照特开平8-268775号公报)。该例中的氧化锆(ZrO2)粒子是由含有8 12摩尔％的二氧化铈(CeO2)及O. 05 4摩尔％的二氧化钛(TiO2)的平均粒径为5 μ m以下的部分稳定化氧化锆(ZrO2)粒子形成的。氧化铝的含量相对于该氧化锆系复合陶瓷材料的总量为O. 5 50容量％。此外,氧化招粒子以分散率为2%或2%以上的方式分散于氧化错粒子内，所述分散率定义为分散于氧化锆粒子内的氧化铝粒子数与分散于复合陶瓷材料中的全部氧化铝粒子数之比。此外，为了得到该复合陶瓷材料，使用由用于生成含有上述范围的二氧化铈与二氧化钛的部分稳定化氧化锆的第I成分与用于生成作为第2相的氧化铝的第2成分调制而成的混合物。然后，将所得混合物成型成所需形状而制作压粉体，将该压粉体在大气中于常压下进行烧结，从而得到复合陶瓷材料。在该复合陶瓷材料中，将作为氧化锆的稳定化剂的二氧化铈与二氧化钛进行并用，从而适度地促进氧化锆的粒生长，使氧化铝粒子的一部分有效地分散在氧化锆粒子内，并且使从正方晶到单斜晶的应力诱发相变的临界应力增大。 可是，在将复合陶瓷材料用作纳米技术原材料时，为了使更微小粒径的陶瓷材料分散在纳米技术原材料中，对平均粒径小于100 μ m的更加细小粒径的陶瓷珠的需求急速提高(例如参照日本特许第2707528号公报)。然而，在陶瓷材料中的氧化铝粒子为具有单一粒度分布的原料时，若氧化铝粒子的平均粒径小，则用于完全烧结的烧结温度变低，存在将氧化锆粒子摄入氧化铝粒子内而得的粒子减少的倾向。而且，该复合化的减少有可能使陶瓷材料的机械强度与韧性的平衡恶化。另一方面，若氧化铝粒子的平均粒径大，则虽然存在将氧化锆粒子摄入氧化铝粒子内而得的粒子，但是存在烧结温度变高的倾向。而且，若烧结温度高，则陶瓷材料(烧结体)的晶粒尺寸变大，因此存在易于发生边缘部分的粒溢出这样的问题。因此，若可提供通过调整氧化铝粒子的粒径而具有优异的耐磨损性与硬度及抑制边缘部分的粒溢出的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料，则会加速陶瓷材料在上述广泛范围的用途中的实际应用。可是，作为如上所述的陶瓷材料的珠的制法，可知转动法、压制法、液中造粒法等，但是转动法、压制法难以制造微小的珠。因此，作为具有更加微小的平均粒径的珠的制造方法，提出了使用水等交联液体的液中造粒法、将水与醇等液体进行并用的液中造粒法。然 而，若利用以往的液中造粒法，则难以有选择地控制粒径。因此，期望可更加确实可靠地形成具有平均粒径小于100 μ m这样的微小平均粒径的珠的方法。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述点而作出的，其目的在于提供一种氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法，其通过调整氧化铝粉末的粒径，从而兼具与迄今为止同等或者同等以上的强度与韧性，并且具有优异的耐磨损性与硬度，抑制了边缘部分的粒溢出。此外，本专利技术的目的在于提供可用于这种氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的氧化锆-氧化铝复合造粒粉、及与迄今为止相比粒径小的氧化锆珠。本专利技术所涉及的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法为如下氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法该复合陶瓷材料包含由平均粒径为O. I Ιμπι的氧化锆粒子形成的第I相与由平均粒径为O. I O. 5 μ m的氧化铝粒子形成的第2相，具有在氧化铝粒子内分散有氧化锆粒子且在上述氧化锆粒子内分散有氧化铝粒子的复合结构。上述第I相包含10 12摩尔％的二氧化铈作为稳定化剂，并由90体积％或者90体积％以上的正方晶氧化锆构成。本专利技术的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法包括如下步骤提供平均粒径为O. I μ m以上的α -氧化铝粉末的步骤；提供平均粒径为O. 01 O. I μ m的氧化铝粉末的步骤；通过将上述α-氧化铝粉末与上述Y-氧化铝粉末以上述α-氧化铝粉末上述Y-氧化铝粉末以质量比计为85 15 65 35的比例的方式进行混合，从而提供用于生成上述第2相的上述氧化铝粒子的第2粉末的步骤；提供用于生成上述第I相的上述氧化锆粒子的第I粉末的步骤；将上述第I粉末与上述第2粉末混合的步骤；将上述第I粉末与上述第2粉末的混合物成型成所需的形状而制作压粉体的步骤；以及将上述压粉体在含氧气氛下于规定的烧结温度进行烧结的步骤。在此，第I粉末包含氧化锆粉末。根据该制造方法，通过使用平均粒径不同的多种氧化铝粉末作为构成第2相的氧化铝粒子的起始原料，从而烧结体中的粒径变小，因此可以提供一种兼具与迄今为止同等或者同等以上的强度与韧性、并且具有优异的耐磨损性与硬度、抑制了边缘部分的粒溢出的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料。优选地，在上述制造方法中，上述α-氧化铝粉末的平均粒径为O. 6μπι以下，上述Y-氧化铝粉末是比表面积为IOm2P以上且小于IOOm2g-1的球形。优选地，在上述制造方法中，将上述第I粉末与第2粉末的混合物在浆料化时粉碎混合成平均粒径为O. 65 μ m以下。优选地，在上述制造方法中，上述烧结温度为1400 1450°C。优选地，在上述制造方法中，上述第I相进一步包含O. 02 I摩尔％的二氧化钛。优选地，上述第I相进一步包含氧化镁、氧化钙、二氧化钛、氧化钇中的至少一种。优选地，将上述第I粉末与上述第2粉末混合成上述第2相在上述氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料中的含量为20 60体积％。 优选地，上述氧化锆粉末的比表面积为10 20m2g'本专利技术所涉及的氧化锆-氧化铝复合造粒粉是将含有二氧化铈的氧化锆粒子与氧化铝粒子用粘合剂造粒而成的氧化锆-氧化铝复合造粒粉。上述氧化铝粒子按照α-氧化铝粉末Y -氧化铝粉末以质量比计为85 :15 65 35的比例含有平均粒径为O. I μ m以上的α -氧化铝粉末与平均粒径为O. 01 O. I μ m的氧化铝粉末。在本专利技术的氧化锆-氧化铝复合造粒粉中，氧化铝粒子含有平均粒径本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.28 JP 2009-298653;2010.10.25 JP 2010-238391.一种氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法，其中，所述氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料包含由平均粒径为O. I I μ m的氧化锆粒子形成的第I相与由平均粒径为O. I .O.5 μ m的氧化铝粒子形成的第2相，具有在氧化铝粒子内分散有氧化锆粒子且在所述氧化锆粒子内分散有氧化铝粒子的复合结构， 所述第I相包含10 12摩尔％的ニ氧化铈作为稳定化剂，且由90体积％或者90体积％以上的正方晶氧化锆构成， 所述氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法包括以下步骤 -提供平均粒径为O. I μ m以上的α -氧化铝粉末的步骤； -提供平均粒径为O. 01 O. I μ m的Y -氧化铝粉末的步骤； -以所述α -氧化铝粉末所述Y -氧化铝粉末以质量比计为85 15 65 35的比例的方式将所述α-氧化铝粉末与所述Y-氧化铝粉末混合，从而提供用于生成所述第2相的所述氧化铝粒子的第2粉末的步骤； -提供用于生成所述第I相的所述氧化锆粒子的第I粉末的步骤，在此所述第I粉末包含氧化锆粉末； -将所述第I粉末与所述第2粉末混合的步骤； -将所述第I粉末与所述第2粉末的混合物成型成所需形状而制作压粉体的步骤； -将所述压粉体在含氧气氛下于规定的烧结温度进行烧结的步骤。2.根据权利要求I所述的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法，其中，所述α-氧化铝粉末的平均粒径为O. 6 μ m以下， 所述Y-氧化铝粉末是比表面积为IOm2g-1以上且小于IOOm2g-1的球形。3.根据权利要求I或2所述的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法，其中，所述第I粉末与所述第2粉末的混合物在浆料化时被粉碎混合成平均粒径为O. 65 μ m以下。4.根据权利要求I 3中任一项所述的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法，其中，所述烧结温度为1400 1450°C。5.根据权利要求I 4中任一项所述的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法，其中，所述第I相进ー步包含O. 02 I摩尔％的ニ氧化钛。6.根据权利要求I 5中任一项所述的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法，其中，所述第I相进ー步包含氧化镁、氧化钙、ニ氧化钛、氧化钇中的至少ー种。7.根据权利要求I 6中任一项所述的氧化锆-氧化铝复合陶瓷材料的制造方法，其中，将所述第I粉末与所述第2粉末混合成所述第2相在所述氧化锆-...
【专利技术属性】
技术研发人员：栗副直树，末广康彦，中西秀雄，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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