[发明专利]一种利用稳定晶型氧化锆为原料制备氧化锆/钨酸锆复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化锆/钨酸锆复合材料的制备方法。

背景技术

钨酸锆由于具有各向同性的负热膨胀系数而引起了广大的关注，同时氧化锆陶瓷具 有优异的力学性能而被广泛的用做于结构件。因此，将氧化锆与钨酸锆按照一定的比例 复合，即可实现低膨胀性能同时也能保持其承载功能，实现材料的结构功能一体化。低 膨胀的ZrO₂/ZrW₂O₈陶瓷基复合材料由于其较低的热膨胀系数而在精密仪器制造、光学、 航空航天、电子等领域具有广泛的应用前景。

目前，制备ZrO₂/ZrW₂O₈陶瓷基复合材料的方法主要有原位合成法及机械混合法， 采用的原料均是市售ZrO₂、WO₃、ZrW₂O₈粉末，无论采用何种方法，所制得的试样均存 在烧结致密度低、试样开裂的现象。这是因为当以氧化锆为基体时，在试样加热与冷却 过程中，氧化锆存在单斜相与四方相晶型的转变，进而引起基体体积的收缩与膨胀，从 而造成试样内部存在大量的微裂纹与孔隙，使得其致密度急剧的下降。因此，在保持烧 结方式不变的前提下，如何有效的提高试样的烧结致密度成为亟需解决的问题。考虑利 用某些物质与氧化锆形成固溶体从而稳定其晶型，从而避免氧化锆晶型转变引起体积的 变化，成为提高试样烧结致密度的一条有效路径。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料存在烧结致密度低，试样易开 裂的问题，提供一种利用稳定晶型氧化锆为原料制备氧化锆/钨酸锆复合材料的方法。

本发明利用稳定晶型氧化锆为原料制备氧化锆/钨酸锆复合材料的方法，按以下步骤 进行：

一、配料：将稳定晶型的氧化锆粉体和钨酸锆粉体混合得物料，然后将物料、氧化锆 球石和蒸馏水按照质量比1:2～5:0.5～1的比例加入到球磨罐中；

二、球磨：将步骤一中的球磨罐置于球磨机中，球磨至粒径小于1μm，得到浆料；

三、烘干浆料：将步骤二中得到的浆料过40目标准检验筛，然后置于烘干箱中于 90～110℃烘干，用研钵粉碎后过80目标准检验筛，封装待烧；

四、烧制：将步骤三中待烧的粉末倒入SiC坩埚中，密封后于常压烧结炉中烧结，然 后冷却到室温；即得到氧化锆/钨酸锆复合材料。

其中，球磨是为了使原料充分的混合以及细化晶粒，细小的晶粒有利于烧结以及获得 良好的力学性能。烧制过程中，之所以将粉末置于密闭的坩埚中，是为了防止钨酸锆在加 热以及降温过程中局部分解的产物-氧化钨挥发造成交叉污染。

本发明所采用的稳定晶型氧化锆是单相氧化锆与阳离子半径和锆离子半径相差不超 过40％的氧化物所形成的固溶体，分为全稳定型与部分稳定型两类。常见的稳定剂有CaO、 MgO、Y₂O₃、CeO₂等。稳定晶型的氧化锆在与钨酸锆复合制备ZrO₂/ZrW₂O₈陶瓷基复合 材料时就不再发生晶型的转变，进而避免了氧化锆基体的体积变化所带来的裂纹与孔隙。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明所采用的原料来源广，成本低；

2、本发明所采用的稳定晶型氧化锆基体材料可以有效的避免试样是烧制过程中的开 裂状况，可以提高试样的烧结致密度。由于稳定晶型的氧化锆在升温烧结过程中不再发生 相变，从而避免了基体在烧结过程中的体积变化，抑制了微裂纹的扩展，从而提高了烧结 致密度；

3、采用稳定晶型氧化锆作为基体所得到的试样与采用单相氧化锆所制得的试样相比 较，其力学性能得到相应的提高。

4、利用稳定晶型的氧化锆作为基体材料与钨酸锆复合，制备氧化锆/钨酸锆复合材料， 从而提高试样的烧结致密度。本发明原料来源广泛，成本低，所制成的试样致密度具有明 显的提高。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任 意组合。