[发明专利]ZrO2/Al2O3纳米复相陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复相陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

Al₂O₃是一种典型的氧化物陶瓷材料。制备Al₂O₃复合陶瓷的方法很多，热压烧结法就是其中一种能有效提高Al₂O₃复合陶瓷力学性能的制备方法。热压烧结法不但可以有效提高Al₂O₃复合陶瓷的抗弯强度，而且还能显著提高材料的断裂韧性。但热压烧结法对设备要求很高，而且产品的稳定性不易保证，成本也很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZrO₂/Al₂O₃纳米复相陶瓷材料及其制备方法。

本发明是ZrO₂/Al₂O₃纳米复相陶瓷材料及其制备方法，ZrO₂/Al₂O₃纳米复相陶瓷材料，按重量百分比计，其组分为：Al₂O₃ 90.00～50.00 %，ZrO₂ 10.00～50.00wt.%。其制备方法的步骤为：

（1）按质量百分比，称取 Al 23.97～17.09%、Fe₂O₃ 71.00～50.63%、ZrO₂5.03～32.28%进行配料，

（2）将称量好的原料粉体装入不锈钢球磨罐，在球磨机中混合均匀，球磨时间为8小时，转速为150r/min，球料比为1:2，球磨介质为Al₂O₃球；

（3）将混合均匀的反应物料置于配有铜底材的模具中用压力机中，在20 ~60MPa的压力下成型；

（4）将成型好的块状物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃剂后装入铝热反应容器中；在室温下，向反应容器中充入1MPa氩气，2分钟后排气，完成洗气过程，使反应物料处在氩气气氛保护中；

（5）进行加热，当反应容器的温度升到200℃时再次排气，之后充入3～7MPa的氩气继续加热；当反应容器内温度达到250℃～300℃左右时引燃剂燃烧，同时引发第一层物料发生铝热反应，释放出大量的热，此时切断加热电源，使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应，直到全部物料反应完，该反应在几秒钟内完成；

（6）生成物在氩气保护下随炉冷却至室温，除去生成物中的Fe，就得到ZrO₂/Al₂O₃纳米复相陶瓷材料。

本发明采用ZrO₂作为Al₂O₃陶瓷的增韧补强剂，其质量分数为10～50wt.%。在氩气气氛保护下通过铝热反应迅速制备ZrO₂/Al₂O₃纳米复相陶瓷材料。本发明制备成本低、工艺简单、稳定性好。

有益效果： 

本发明低成本制备高ZrO₂含量的Al₂O₃陶瓷材料，同时提高了材料的断裂韧性，将会扩大Al₂O₃陶瓷应用范围。

具体实施方式：

本发明制备了ZrO₂的质量分数为10.00～50.00wt.%的系列复合材料，并对得到的实验样品进行了致密度、X射线衍射、金相分析及力学性能测试。

发明的复合材料的显微硬度最高为14.85GPa，断裂韧性最高为8.0MPa/m^1/2，比原Al₂O₃陶瓷的断裂韧性提高了60.2%，达到了预期目标。

本发明的一些性能如下表：

硬度在HBRVU-187.5型布洛维氏光学硬度计上测定，其测试条件为：载荷588N，加载持续时间12s；断裂韧性采用压痕法、根据维氏硬度值计算得到。

上述的这些性能指数都是严格按照国家标准来执行的。

附图说明