[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

本发明涉及一种氧化锆复合陶瓷及其制备方法，特别是指一种高强韧、高硬度氧化锆复合陶瓷及其制备方法；属于复合陶瓷技术领域。

背景技术

作为新型高技术陶瓷，氧化锆陶瓷具有高强度、高断裂韧性、高硬度以及优异的隔热性能以及耐高温性能等属性，被广泛的应用于结构陶瓷和功能陶瓷领域。另外，氧化锆没有磁性、不导电、不生锈、耐磨，其在生物医学器械领域和道具、工具领域中也应用很广。近来，部分稳定氧化锆(TZP)可以通过粉末冶金方法，制备避磁的手表表壳、耐腐的表件和其它仪器零件。除了上述的应用，TZP还广泛地应用于装饰、生活、医学、压电陶瓷、传感器陶瓷等领域。

在刀具、磨具等领域，工业对材料的硬度性能有着极大的需求。如今，新型高硬陶瓷已经慢慢进入刀具行业，开始成为传统合金刀具以外重要的一员。陶瓷增硬原理主要是采用向陶瓷粉中掺加一定比例和粒径范围的第二相颗粒，第二相颗粒主要由WC、TiCN、SiC以及c-BN(立方氮化硼)等硬质颗粒组成，通过高温烧结使硬质颗粒在陶瓷组织中的均匀性分布，从而实现陶瓷基体与第二相硬质颗粒在性能上的优化互补。研究表明，控制第二相颗粒粒径在纳米等级，可有效提升陶瓷材料的整体性能。目前，虽然氧化锆陶瓷在增强增硬方面已取得一定进展，但始终未能同时获得高韧性与高强度的陶瓷材料，这与后期烧结热处理过程第二相颗粒的高温热不稳定性、高温反应导致的杂质引入以及其在陶瓷组织中的分布不均匀性等状态密切联系，是一个需要迫切解决的难题。

发明内容

本发明针对现有氧化锆复合陶瓷高韧性与高强度难以匹配的不足，提供一种同时具备高韧性与高强度的氧化锆复合陶瓷及其制备方法。

本发明一种氧化锆复合陶瓷，按质量百分比包括下述组分：

ZrO₂ 90.0-96.5％，优选为90.0-94.0％，进一步优选为90.0-92.0％；

TiB₂ 3.0-9.5％，优选为5.5-9.5％，进一步优选为7.5-9.5％；

其它不可避免杂质的总量≤1％。

本发明一种氧化锆复合陶瓷，不可避免的杂质为TiO2和/或TiO和/或C等。

本发明一种氧化锆复合陶瓷，所述TiB₂通过原位生成并均匀分布于ZrO₂基体中。

本发明一种氧化锆复合陶瓷，所述TiB₂的颗粒尺寸为50-500nm。

本发明一种氧化锆复合陶瓷，所述氧化锆复合陶瓷的表面硬度为1405-1436HV，断裂韧性为11.22-13.30Mpa·m^-1/2，抗弯强度为320-357Mpa。

本发明一种氧化锆复合陶瓷的制备方法，包括下述步骤：

步骤一

按质量TiO₂：B₂O₃＝1.2-1.5:1，优选为1.2-1.4：1，进一步优选为1.2-1.3：1；配取B₂O₃粉末、TiO₂粉末；

然后按所配取的B₂O₃粉末和TiO₂粉末总质量与碳水化合物质量之比为1：8-10、优选为1：8.5-10.0、进一步优选为1:9.0-10.0配取碳水化合物；

将配取的B₂O₃粉末、TiO₂粉末以及碳水化合物混合均匀后，在保护气氛下进行烧结，得到改性的混合粉末；所述烧结的温度为200-400℃、优选为300-400℃，进一步优选为350-400℃；

步骤二

按质量百分比

ZrO₂ 75.0-90.0％，优选为79.5-88.5％，进一步优选为81.0-88.5％；

改性的混合粉末10.0-25％，优选为11.5-20.5％，进一步优选为11.5-19％；

配取ZrO₂粉末和改性的混合粉末并混合均匀，得到混合粉末A；

步骤三

将混合粉末A压制成型后烧结，得到得到氧化锆复合陶瓷。

本发明一种氧化锆复合陶瓷的制备方法，所述ZrO₂粉末的粒度为50-800nm，优选为50-500nm，进一步优选为50-300nm。