[发明专利]一种常压烧结透明氧化锆陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

    本发明为一种常压烧结透明氧化锆陶瓷材料的制备方法，属于无机非金属（陶瓷）材料领域。

背景技术

 氧化锆（ZrO₂）陶瓷是20世纪70年代发展起来的新型结构陶瓷和多功能陶瓷，它具有高韧性、高强度、高硬度、高折射率、低的热膨胀系数（接近于钢）、良好的耐磨性能、优良的耐高温、优异的高温电热性能等优良特性，广泛用于各个领域，如模具、磨球、分散和研磨介质、耐磨刀具、切割工具、耐火材料、表壳及表带、多晶氧化锆饰品、生物医学陶瓷、氧传感器、固体燃料电池、高温电热材料等。其中透明氧化锆陶瓷主要运用在红外窗口材料、高温窗口材料、棱镜、多晶氧化锆饰品、雷达天线罩和红外线整流罩等领域。

1986年，第一块氧化锆透明块陶瓷是由来自日本的东洋曹达工业株式会社的Koji Tsukuma，通过传统陶瓷成型方式，300MPa冷等静压后在1450~1630℃空气气氛下烧结7~15小时后，再在1500℃和100MPa压力及氩气气氛下热等静压（HIP），1200℃退火后而得到的透明氧化锆陶瓷；来自美国加利福尼亚大学的S.R. Casolco等利用放电等离子体烧结（SPS）方法利用Tosoh的8Y-ZrO₂纳米粉成功制备了透过性良好的透明氧化锆陶瓷；2008年Koji Tsukuma进一步改进了工艺措施，用热等静压烧结法成功制备了透明氧化锆陶瓷，并分析了烧结助剂、烧结温度对透明陶瓷透过率的影响；2009年来自德国Scott集团的Ulrich Peuchert等人在前人的基础上进一步改进烧结工艺，利用热等静压法烧结成功制备透明氧化锆陶瓷；2011年Liwen Lei等人通过放电等离子体烧结法制备了透明氧化锆陶瓷，但在可见光范围的透过率很低。

从以上关于氧化锆透明块体陶瓷的报道来看，其主要方法还是借助于精密高端设备制备而成，或是SPS，或是HIP，这些设备非常昂贵，成本过高，制备工艺也并不成熟。因此迄今为止，透明氧化锆陶瓷尚没有在市场上广泛使用，在国内亦未有相关报道。

发明内容    

针对现有技术存在的设备要求高、生产成本大等缺陷，本发明的目的在于提供一种常压烧结透明氧化锆陶瓷材料的制备方法，通过掺杂Y₂O₃、Al₂O₃纳米粉，采用传统陶瓷制备工艺，制定合适的烧结制度，在较低的烧结温度下，常压烧结制备透明氧化锆陶瓷材料。 

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

   一种常压烧结透明氧化锆陶瓷材料的制备方法，具有以下的过程和步骤：

a.       采用钇稳定氧化锆商业粉10mol% Y₂O₃-ZrO₂，简称ZrY₁₀，和高纯Y₂O₃、Al₂O₃纳米粉为原料，以钇稳定氧化锆商业粉为基体材料，以Y₂O₃、Al₂O₃纳米粉为掺杂材料，掺入量以质量百分比为计：Y₂O₃：0~30wt%，Al₂O₃：0~5wt%；

b.      将按上述配方配制好的基体材料和各掺杂材料进行搅拌混和，混合料在无水乙醇中混磨24小时；

c.       混合料在100℃温度下烘干，然后进行造粒；

d.      粉粒在150~200MPa冷等静压下压成片状试样，随后在1100~1400℃下预烧5小时；将上述预烧后的试样放在氢气炉中进行烧结，烧结温度范围为1600～1700℃，烧结时间为24小时，最终获得透明氧化锆陶瓷材料。

与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著地进步：

本发明采用传统设备，以常压烧结工艺制备了透明氧化锆陶瓷，制备工艺简单、成本低，仅在常压下烧结即可，且易成型、稳定性好，可广泛运用在红外窗口材料、高温窗口材料、棱镜、多晶氧化锆饰品、雷达天线罩和红外线整流罩等领域。

附图说明

图1为ZrY₁₀+30wt%Y₂O₃+0.25wt%Al₂O₃透明陶瓷直线透过率曲线。

具体实施方式