[发明专利]Cr2O3/ZTA复合粉体和陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高硬度、高韧性的无机材料的制备方法，特别是涉及一种以前驱体Cr(NO₃)₃.9H₂O的方式引入Cr₂O₃并使氧化铬均匀弥散分布在ZTA陶瓷中制备方法。

背景技术

氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)指的是以氧化铝为主要原料，部分稳定的氧化锆为增强、增韧相的一种新型的复合材料。氧化铝与氧化锆组成一个系统，借助于氧化锆陶瓷的相变增韧，与氧化铝形成复合相，充分发挥氧化铝和氧化锆陶瓷的高硬度、耐腐蚀、耐高温并改善其脆性，使之具有优良的力学性能。鉴于ZTA陶瓷具有高硬度、耐腐蚀、价格低廉等优点，在高温、机械及电子领域得到了广泛的应用。随着工业水平的提高，常用的ZTA陶瓷器件不能满足航空航天、交通运输等技术领域的需求。因此制备高强度、高韧性和高硬度的ZTA陶瓷显得尤为重要。

目前制备的高韧性ZTA陶瓷的方法有很多种，主要通过优化粉体制备工艺，减小粉体的平均晶粒尺寸，从而提高其韧性和硬度；或者在ZTA粉体中通过引入第二相来增强其韧性。目前，日本TOSOH公司已经制备出韧性和耐磨性很好的ZTA粉体及陶瓷，经分析，此粉体为Cr₂O₃和ZTA的混合粉体。因此为了制备出和TOSOH公司粉体接近的Cr₂O₃/ZTA粉体并将此粉体市场化，从而打破国外粉体垄断技术，这将是一个重要的研究课题和方向。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供性能优良的Cr₂O₃/ZTA材料及其制备方法。

一方面，本发明提供一种Cr₂O₃/氧化锆增韧氧化铝复合粉体(Cr₂O₃/ZTA粉体)的制备方法，包括以下步骤：

a)将氧化铝粉体、氧化锆粉体、和Cr(NO₃)₃.9H₂O加入到球磨罐中进行球磨，得到混合浆料，其中氧化铝粉体的质量分数占氧化锆和氧化铝总质量的80～85％，剩余的15～20％为氧化锆粉体，Cr(NO₃)₃.9H₂O的加入量以Cr₂O₃换算占氧化锆和氧化铝总质量为0～0.8％；

b)将所得混合浆料烘干后在400～600℃煅烧，得到Cr₂O₃/氧化锆增韧氧化铝复合粉体。

本发明在现有的ZTA粉体制备基础上，通过以前驱体Cr(NO₃)₃.9H₂O的方式引入Cr₂O₃添加剂，可以使Cr₂O₃更加均匀的分散到ZTA粉体中，而且得到的Cr₂O₃颗粒粒径更 小，其更容易固溶到氧化锆和氧化铝中。从而制备出性能优良的Cr₂O₃/氧化锆增韧氧化铝复合粉体。本发明的制备方法具有安全、省时、节能等优点，是一种很有应用前景的新方法。

优选地，Cr(NO₃)₃.9H₂O的加入量以Cr₂O₃换算占氧化锆和氧化铝总质量为0.08～0.8％。

较佳地，步骤a)中，所述氧化锆粉体是2～4mol％氧化钇稳定的氧化锆，优选为3mol％氧化钇稳定的氧化锆(3Y-ZrO₂，3mol％Y₂O₃-ZrO₂)。

较佳地，步骤a)中，加入氧化锆球和无水乙醇作为球磨介质，其中氧化锆球总质量是粉体总质量的2～3倍，无水乙醇的加入量是粉体总质量的1.0～1.3倍，球磨时间为20～24小时。

较佳地，步骤a)中，所述烘干是在70～85℃的温度下烘8～12小时。

较佳地，步骤b)中，所述煅烧的时间为1～2小时。

另一方面，本发明提供一种Cr₂O₃/氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：