[发明专利]一种氧化锆复合陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锆陶瓷领域，特别是涉及一种氧化锆复合陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着特种陶瓷的使用范围增加，陶瓷本身的缺陷也暴露开来，陶瓷作为一种无机材料，本身具有极高的硬度（使用最普遍的氧化铝维氏硬度可达90以上），耐高温性能，耐摩擦，绝缘性能，优良的生物相容性。但是在一些特殊的使用场合，却满足不了使用条件，比如陶瓷的断裂韧性太低，经受不住剪切力和拉拔力，或者有一些使用环境要求所使用的工程材料具有导电性能。氧化锆陶瓷是陶瓷材料中室温力学性能最高的一种材料，但是其强度和韧性随温度上升而急剧下降，且在常温下为绝缘体，制约了其大规模应用，因此研究开发一种新型氧化锆复合陶瓷是目前这一领域的研究热点。

发明内容

基于此，有必要针对传统氧化锆陶瓷韧性低，常温绝缘提供一种具有较高韧性和常温下导电的新型氧化锆复合陶瓷。

进一步，提供一种氧化锆复合陶瓷的制备方法。

一种氧化锆复合陶瓷，包括氧化锆、稳定剂及碳纤维，所述碳纤维与所述氧化锆及所述稳定剂均匀混合，所述氧化锆复合陶瓷中所述碳纤维的体积含量为5%～20%。

在其中一个实施例中，所述稳定剂为氧化钇、氧化钙、氧化铈或氧化镁；所述稳定剂与所述氧化锆的摩尔比为3:97～5:95。

在其中一个实施例中，所述氧化锆的粒径为0.1～1μm。

上述氧化锆复合陶瓷利用碳纤维的增韧因素，有效增强了氧化锆复合陶瓷的韧性，且碳纤维均匀分布，在氧化锆复合陶瓷中形成相互搭接的网络结构，使其在常温下就具有导电性能。

一种氧化锆复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将1～5mm的碳纤维浸入油酸中，超声分散12～24小时后取出干燥，使所述碳纤维表面形成油酸薄膜；

将干燥后的碳纤维与粘结剂混合，在170～180℃搅拌1～2小时，得到第一混合料；

将所述第一混合料、氧化锆及稳定剂混合，加热到170～180℃，搅拌2～4小时，破碎，得到第二混合料；

将所述第二混合料在170～180℃成型，得到生坯；

将所述生坯在50～60℃的萃取剂中浸泡12～24小时后取出；

将在萃取剂中浸泡过的生坯，在500℃，400Pa真空度下除去粘结剂；

在CH₄气体氛围中，将除去粘结剂的生坯在1450～1490℃烧结，得到所述氧化锆复合陶瓷。

在其中一个实施例中，所述在500℃，400Pa真空度下除去粘结剂的条件具体为：以0.6～0.8℃/min的升温速率从室温升至100℃，再以0.2～0.4℃/min的升温速率从100℃升至200℃，再以0.17℃/min的升温速率从200℃升至300℃，再以0.67～1℃/min的升温速率从300℃升至500℃，且在500℃保温120分钟。

在其中一个实施例中，所述烧结的条件为：以1.08～2℃/min的升温速率从500℃升至1150℃，保温60分钟，再以1.13～2℃/min的升温速率从1150℃升至1490℃，保温120～180分钟后冷却。

在其中一个实施例中，所述萃取剂为正庚烷、正己烷、二氯甲烷、三氯乙烯或煤油。

在其中一个实施例中，所述油酸与所述碳纤维的质量比为10:1。

在其中一个实施例中，所述粘结剂为：质量比为40～20:70～50:10～5的聚甲基丙烯酸甲酯、石蜡及硬脂酸的混合物；所述粘结剂与所述碳纤维的质量比为4:1～3:1。

在其中一个实施例中，所述稳定剂为氧化钇、氧化钙、氧化铈或氧化镁；所述稳定剂与所述氧化锆的摩尔比为3:97～5:95。

上述氧化锆陶瓷的制备方法简单，烧结温度低，通过将碳纤维在油酸中浸泡处理，使其在油性粘结剂中得到更好的相容性，且在400Pa真空度下烧结，在除去粘结剂的同时保证了碳纤维不被氧化。

附图说明

图1为一实施方式的氧化锆复合陶瓷的电阻率与碳纤维含量之间的关系图；

图2为一实施方式的氧化锆复合陶瓷的断裂韧性与碳纤维含量之间的关系图；

图3为一实施方式的氧化锆复合陶瓷的制备方法流程图；

图4为一实施方式的碳纤维在粘结剂中的分散图；

图5为实施例1制备的氧化锆复合陶瓷的宏观照片；

图6为实施例1制备的氧化锆复合陶瓷的微观形貌图。

具体实施方式