[发明专利]一种抗老化氧化锆陶瓷及其原料的制备方法

说明书

本发明公开了一种抗老化氧化锆粉，其包括Zr、Y和Ce，按摩尔比计，Zr:Y:Ce＝97:(2.4～2.8):(0.2～0.6)，上述氧化锆粉中还可以包括Ca和La；本发明还公开了一种抗老化氧化锆陶瓷，其包括所述的抗老化氧化锆粉、氧化铝和尖晶石，其中，按重量比计，氧化锆粉:氧化铝＝100:(0.05～1.8)，氧化锆粉:尖晶石＝100:(0.08～2.3)；此外，本发明还公开了一种制备上述抗老化氧化锆粉和氧化锆陶瓷的制备方法。采用上述的技术方案，可使所制得的氧化锆陶瓷产品性能稳定、抗老化性能强、使用寿命长。

技术领域

本发明涉及氧化锆技术领域，特别涉及一种抗老化氧化锆陶瓷及其原料的制备方法，还涉及一种用于制备氧化锆陶瓷的氧化锆粉。

背景技术

氧化锆陶瓷长时间处于100-400℃环境下容易老化导致力学性能严重下降，产生此现象的原因是由于陶瓷表面自发发生四方相到单斜相的相变，伴随有微观或宏观裂纹的形成，从而导致材料的强度降低，严重时甚至会导致材料破坏。氧化锆陶瓷的老化不仅与温度密切相关，还受气氛环境的重要影响。一般在真空或惰性气体条件下不发生强度老化现象，但在空气中，特别是水蒸气中性能退化严重，在200-300℃水蒸气中老化现象最为突出。在该条件下，水蒸气不仅可促进相变的发生，也加速了m-ZrO₂晶核的形成和晶体的生长，导致众多晶粒达到临界尺寸，发生相变，加速了材料性能变化。氧化锆陶瓷这一老化过程中的显微结构变化可用下图来描述，即当表面的某个晶粒相变形成m-ZrO₂晶核时，导致微裂纹和对周边的晶粒产生应力(见图1(a))；随着m-ZrO₂晶核生长，裂纹扩展以及引起更多的晶粒相变，水分子可能沿晶界裂纹处渗入(见图1(b))；相变和微裂纹由表面不断向烧结体内部逐步深入，缺陷扩大，表面变得粗糙，导致其材料性能急剧下降，如抗老化性能降低，使用寿命变短(见图1(c)，两条虚线之间的部分表示表面隆起的部分)。氧化锆的上述特性，严重影响它的广泛应用，特别是作为阀门、管道核心部件在化工行业的应用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种抗老化氧化锆粉，所述氧化锆粉包括Zr、Y和Ce，按摩尔比计，Zr:Y:Ce＝97:(2.4～2.8):(0.2～0.6)；优选的，Zr:Y:Ce＝97:(2.5～2.7):(0.3～0.5)。通过在Zr中加入Ce和Y共同作为稳定剂，可使采用该氧化锆粉制备氧化锆陶瓷时，形成多元稳定晶相，从而降低氧化锆陶瓷的四方相向单斜相的转化，可使所制得的氧化锆陶瓷产品性能稳定，还可降低氧化锆陶瓷的老化程度，提高其抗老化性能，延长氧化锆陶瓷的使用寿命。

作为一种实施方式，所述氧化锆粉还可包括Ca和La，按摩尔比计，Zr:(Y+Ca):(Ce+La)＝97:(2.4～2.8):(0.2～0.6)，其中，0＜Ca/Y≤1.8，0＜La/Ce≤2.2；优选的，0.5≤Ca/Y≤1.5，0.5≤La/Ce≤2.0；更优选的，0.8≤Ca/Y≤1.2，1.0≤La/Ce≤1.5。通过在Zr中加入Ce、Y、Ca和La共同作为稳定剂，可使采用该氧化锆粉制备氧化锆陶瓷时，形成的多元晶相更加稳定，进一步提高所制备的氧化锆陶瓷产品的抗老化性能和延长其使用寿命。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的抗老化氧化锆粉的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将含锆化合物溶于去离子水，再加入含钇化合物、含铈化合物配制成溶液A，其中溶液A重量比为25％～45％；

(2)将十六苯磺酸、平平加、脂肪醇聚氧乙烯醚分别溶于去离子水，配制成重量比皆为10％的溶液B1、溶液B2、悬浮液B3；将碳酸氢铵用去离子水配制成重量比为20％的溶液C；

(3)将溶液B1、B2先加入至反应釜中，搅拌半小时后，同时滴加混合溶液A和溶液C，使得反应溶液pH＝8.7～9.3，反应结束后，加入悬浮液B3，搅拌半小时，再用去离子水水洗，再用重量比为1％的硝酸银溶液检测其至无Cl^-为止；