[发明专利]一种多种元素增韧氧化锆基陶瓷材料的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种多种元素增韧氧化锆基陶瓷材料及其制备方法。制备的材料为一种多种元素增韧氧化锆基陶瓷材料，材料的化学组成为Zr_aYb_bCe_cSc_dY_eO_x，其中a＝88.1～94.1，b＝4～5，c＝1～2，d＝0.5～1.5，e＝1～3，x满足其它元素化合价所需的氧原子总数。本发明提供的材料具有较高的相稳定性、高韧性、致密性的特点，该材料的最高断裂韧性可达12.34MPa·m^1/2，最高的硬度为1120HV₁₀；抗弯强度为910.4MPa；致密性为98.2％。

技术领域

本发明属于氧化锆基陶瓷技术领域，具体涉及一种多种元素增韧氧化锆基陶瓷材料的制备方法及其产品。

背景技术

氧化锆陶瓷在现代工业领域得到了广泛的应用，例如作为挤出和拉丝模具、固体氧化物燃料电池(SOFC_s)、催化剂或催化剂载体、相变增韧陶瓷，汽车发动机零件、氧传感器、航空发动机用热障碍涂层等。

氧化锆作为陶瓷材料其得到了广泛的应用，但是仅以氧化锆作为陶瓷，其性能并不能满足现有实际生产的需求，因而对其改性是目前提高氧化锆性能的主要手段。其中3Y-TZP具有最佳的强度和韧性的组合，作为结构陶瓷应用广泛。然而，由于应力诱导相变增韧对温度的敏感性，相变增韧随温度升高而失效，氧化锆的中高温性能不够理想。此外，水热老化使得其在相应环境的应用受限(如医疗刀具的反复蒸汽消毒、生物植入体、蒸汽涡轮机部件等)。利用共掺杂稳定的方法能有效地结合不同稀土稳定剂的优势，其中，Ce-Y共稳定氧化锆兼具3Y-TZP和Ce-TZP的优点，其力学性能和抗老化性能相对较好，但相比Y-TZP而言，其晶粒尺寸仍然较大，力学性能仍需进一步提高。由于TZP的韧性主要是通过应力诱导相变增韧来保证，这意味着从该途径提高其韧性有一定的限度，利用合适的第二相对氧化锆进行增韧成为一种有效手段。因此，对氧化锆来说，如何通过成分设计和工艺优化实现强韧化的同时兼顾其高温性能及抗水热老化能力，如何进一步优化其耐摩擦性及高温相稳定性，是一系列亟待解决的技术问题。此外，稀土元素的分布及含量对氧化锆的力学性能影响较大，多元稀土共稳定氧化锆中掺杂的稀土元素之间的相互作用、分布及含量对微观结构与力学性能的影响规律和机理尚不清楚，其强韧化机制及各机制之间的协同关系尚未明确。

因而对氧化锆基陶瓷材料的韧性、硬度、抗弯强度以及致密性的提高仍是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多种元素增韧氧化锆基陶瓷材料的制备方法及其产品，其具有较高的断裂韧性，硬度，抗弯强度以及致密性，以及将其在手机充电的保险管制作中的应用。

本发明采用以下技术方案：

一种多种元素增韧氧化锆基陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

1)首先将纳米超细ZrO₂粉体过200目筛；

2)将所需的ZrO₂，Yb₂O₃，CeO₂，Sc₂O₃，Y₂O₃按照Zr_aYb_bCe_cSc_dY_eOx，其中a＝88.1～94.1，b＝4～5，c＝1～2，d＝0.5～1.5，e＝1～3，x满足其它元素化合价所需的氧原子总数的化学计量比进行称取，然后放于球磨罐中进行球磨，其中，球磨介质为无水乙醇；

3)球磨结束后，将获得的悬浮液真空干燥，干燥后进行研磨，研磨后的粉体过200目筛；