[发明专利]一种氧化锆陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷的制备方法，尤其涉及一种高性能氧化锆陶瓷的制备方法。

背景技术

氧化锆具有熔点和沸点高、硬度大、韧性和强度高、耐磨性好、常温下为绝缘体而高温下为导体等特性。目前已广泛用于球磨介质、切屑刀具、微型风扇轴心、光纤套筒、耐火材料、气敏压电陶瓷及固体氧化物燃料电池等，据统计2000年世界氧化锆销售额约为450亿美元。

陶瓷加工成本高及生产稳定性差一直是陶瓷领域两大难题。氧化锆陶瓷的高强度、高硬度、优越的耐磨性造成其加工成本高。注凝成型制备氧化锆陶瓷具有诸多优点：湿法成型有利于消除粉体的团聚，提高了生产的稳定性；有机物少、固相量高的悬浮体，制备的生坯干燥收缩小，是一种净尺寸制备方法，大大降低了加工成本；排胶简单，陶瓷致密性好；制备的生坯强度高，可以直接进行机械加工；成型设备简单。因此，近年来净尺寸成型得到科研工作者的广泛关注。

目前，注凝成型制备氧化锆陶瓷存在的问题有：有机单体具有神经毒性，对人体及环境伤害大；超细氧化锆的高固相量、低粘度悬浮液难以制备；使用的聚丙烯酸铵分散剂用量大，分散超细氧化锆时，需加入2％以上的分散剂(相对粉体质量)，大大增加了有机物的使用；成型条件苛刻，需在氮气或真空条件下成型，制备的生坯易起皮、开裂；干燥周期长，一般需3～5天；有些还需二次脱泡，另设排胶过程，采用二次烧结，增加了生产成本。

目前，氧化锆低毒体系研究专利鲜有报道。采用超细氧化锆制备了固相量高达58vol％浆料从未出现。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中凝胶体系毒性大、超细氧化锆粉体难分散，高固相量浆料难制备，生坯易起皮、开裂、干燥周期长，高性能氧化锆陶瓷生产成本高、难以制备复杂形状的陶瓷及陶瓷难加工等问题，提出了一种氧化锆陶瓷制备方法。

本发明的技术方案为：开发了几种低毒的凝胶体系，研究了高固相量浆料的制备方法，制备了高固相量的浆料。研究了单体、引发剂、交联剂的比例对生坯性能的影响，确立合适的固化工艺。控制湿度和温度研究干燥制度，确立合适的干燥制度。根据差热分析制定合适的烧结制度，制备出陶瓷，对其性能进行评价。本发明的具体技术方案为：一种氧化锆陶瓷的制备方法，其步骤如下：

A氧化锆注凝成型浆料的制备

将单体、交联剂溶于水中，制备预混液，加入分散剂，调节pH值至7～10，再加入氧化锆粉体，分散后得到浆料，浆料的体积固含量为48～58％；

B凝胶固化

将上述浆料加入引发剂，经一次真空脱泡后注入模具中，加热固化成型，脱模干燥后干燥得到干坯；

C烧结

将得到的干坯按升温速率为0.5～5℃/h，升到250-550℃保温0.5-2小时，再按升温速率为0.5～5℃/h，升温至1400～1600℃保温0.5～6小时，烧结成瓷。

优选步骤A中预混液中单体的质量含量为5％～35％；交联剂的加入量为单体质量的0.1～20％；分散剂的加入量为氧化锆粉体质量的0.2％～2％。

优选所述的单体为甲基丙烯酰胺(MAM)、羟甲基丙烯酰胺(N-MAM)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)或N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)中的一种；交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)；分散剂为聚丙烯酸铵、羧酸钠或磷酸盐螯合物。

优选所述氧化锆粉体为纳米粉，其一次粒径在50～150nm。

优选所述的引发剂为过硫酸铵(APS)、偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)或者偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(AIBI)；引发剂的加入量为单体质量的0.1％～10％。

采用一次真空脱泡，真空度为-0.07～-0.15MPa，在空气条件下固化成型；固化时间为25～90min。

所述的步骤B中真空脱泡的真空度为-0.07～-0.15MPa；固化温度为20-80℃，固化时间为25～90min；干燥温度为20～70℃，相对湿度为10～100，干燥时间为20～48h。制备的干坯不起皮、不开裂、表面光洁、内部均匀、强度高。

有益效果：

1.通过研究分散剂种类，选择新型分散剂，pH值，球磨工艺及固含量对浆料流变性的影响，解决了超细氧化锆难分散的问题，制备了固相量高达58vol％的超细氧化锆注凝成型低毒浆料，其流动性较好，且分散剂加入量少。如图1所示。