[发明专利]具有抗热震性能的致密氧化锆陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以组分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及一种致密的具有抗热震性能的氧化锆陶瓷及其制备方法。

背景技术

为制备高性能并具有较长使用寿命的关键高温结构件，如高温液态金属承烧器、连铸钢辊侧封、连铸中间包用定径水口及电子工业用承烧坩埚等，需要一种高致密、抗腐蚀且抗热震性好的材料。目前应用于上述方面的材料，如锆刚玉、莫来石、莫来石一堇青石等，均不能达到最佳使用要求。对于上述应用，氧化锆基陶瓷材料由于具有极好的高温热稳定性和隔热性，且与大多数熔融金属不润湿，对熔融金属、玻璃及熔渣具有好的抗侵蚀性，已被证明是最有前途的材料。但氧化锆陶瓷抗热震性很差，限制了其应用。传统的提高氧化锆陶瓷抗热震性能的方法，如提高气孔率，是以牺牲材料的致密度为代价的，这将导致材料的力学性能及抗腐蚀能力大幅降低，极大影响了氧化锆陶瓷制品的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够保持氧化锆陶瓷较好的力学性能及抗熔融金属或玻璃液腐蚀性能的同时，具有高的抗热震性、高致密度、耐腐蚀的氧化锆陶瓷。

本发明具有抗热震性能的致密氧化锆陶瓷，其组成及原料重量百分比含量为：电熔10mol％氧化镁部分稳定氧化锆78～82％，磷酸镧18～22％，外加聚乙烯醇0.1～0.3％作分散剂。

所述的电熔10mol％氧化镁部分稳定氧化锆为80％，磷酸镧20％。

所述的外加分散剂聚乙烯醇为0.2％。

制备步骤如下：

(1)以电熔10mol％氧化镁部分稳定氧化锆78～82％，磷酸镧18～22％的重量百分比配料，以高纯氧化锆球和水为介质，料∶球∶水为1∶3∶0.3，并外加分散剂聚乙烯醇0.1～0.3％，球磨7小时，得到流动性良好的料浆；

(2)注浆成型，或将料浆烘干、研磨造粒后过80目筛、于200Mpa下干压成型；

(3)1600℃烧结2小时，制得致密的氧化锆陶瓷制品。

本发明的有益效果是提供了一种能够保持氧化锆陶瓷较好的力学性能及抗熔融金属或玻璃液腐蚀性能的同时，具有高的抗热震性、高致密度、耐腐蚀的氧化锆陶瓷。并能够通过调节磷酸镧的颗粒大小及加入量来调节复合陶瓷体内弱界面的数量，进而实现对致密氧化锆陶瓷构件的抗热震性进行微调。拓展了致密氧化锆陶瓷的应用范围，广泛用于电子元器件、磁性材料、粉末冶金等行业。

具体实施方式

本发明采用市售工业纯电熔10mol％氧化镁部分稳定氧化锆为基体材料，引入的添加相为磷酸镧(工业纯)，利用磷酸镧本身的层片结构及磷酸镧与氧化锆陶瓷之间形成的弱连接界面，提高致密氧化锆陶瓷抵抗热震裂纹扩展的能力，进而提高其抗热震性。磷酸镧可稳定存在于1600℃以上的高温氧化环境中，并且具有与氧化锆陶瓷相近的热膨胀系数，可与氧化锆形成致密复合陶瓷。相对于氧化锆晶粒间的强连接，磷酸镧与氧化锆之间的界面为弱连接界面，当热冲击产生的裂纹扩展到弱界面处，将会发生裂纹的偏转、分叉或桥连现象，从而消耗了主裂纹扩展所需的能量，使得裂纹的快速扩展变成慢速可控的扩展。通过调节磷酸镧的加入量，可对弱界面的数量及分布进行调整，进而有效改善氧化锆陶瓷的抗热震性。

实施例一

以重量百分比：电熔10mol％氧化镁部分稳定氧化锆78％，磷酸镧22％配料，以高纯氧化锆球和水为介质(料∶球∶水＝1∶3∶0.3)，并加入0.2％聚乙烯醇做分散剂，球磨7小时，然后将料浆烘干，研磨造粒后过80目筛，采用干压成型法，压力200Mpa，制成25*6*4mm的长条，并在1600℃烧结2小时，制得致密的氧化锆陶瓷制品。

在同样的热震条件下(将制品加热到一定温度，然后水淬冷)进行比较，发现含20wt％磷酸镧的氧化锆陶瓷材料的临界热震温度比不含磷酸镧的氧化锆材料的临界热震温度提高了500℃。

实施例二

以重量百分比：电熔10mol％氧化镁部分稳定氧化锆80％，磷酸镧20％配料，以高纯氧化锆球和水为介质，(料∶球∶水＝1∶3∶0.3)并加入0.2％聚乙烯醇做分散剂，球磨7小时，得到流动性良好的料浆，通过注浆成型法制成小坩埚，并在1600℃烧结2小时，制得致密的氧化锆陶瓷制品。

制品经1300℃水淬冷实验不裂。

实施例三