[发明专利]烧结的陶瓷材料、用于获取其的粉末组合物、其制造方法和陶瓷工件

说明书

本申请公开了一种烧结的陶瓷材料、用于获取其的粉末组合物、其制造方法和陶瓷工件。具体公开了一种具有高断裂韧性和弯曲强度的烧结的陶瓷材料，其是从氧化钇稳定的氧化锆粉末获得的，用于获得所述材料的粉末组合物，烧结的陶瓷工件和其制造工艺。一种本发明的方案的公开了一种烧结的陶瓷材料，其是从氧化钇稳定的氧化锆粉末得到的，包含1.8‑2.1摩尔％的氧化钇，其中所述烧结的陶瓷材料在室温下具有大于90％的四方相的比例，0.1至0.25μm的晶粒尺寸，弯曲强度为1150‑2100MPa，并且同时韧性大于10MPa.m^1/2。这种材料可以用于不同的烧结的陶瓷工件，包括用于汽车领域的工件，不同的机械，装饰等应用例如钟表或用于生物医学应用的工件，等等。

本申请是申请日为2015年3月24日,题为“烧结的陶瓷材料、用于获取其的粉末组合物、其制造方法和陶瓷工件”的中国专利申请201580016166.5的分案申请。

技术领域

本申请公开了一种从氧化钇稳定的氧化锆粉末获得的具有高断裂韧性和弯曲强度的烧结的陶瓷材料，用于获得所述材料的粉末组合物，烧结的陶瓷工件，制造工艺以及其可能的用途。

这种材料可以适用于不同的烧结的陶瓷工件，特别包括用于汽车行业，用于各种机械的工件，或用于生物医学的工件。

背景技术

陶瓷材料，特别是要用于结构应用的那些，具有关于断裂韧性的高度限制。为了克服这一限制，全世界的研究集中在寻找一种得到具有高断裂韧性而不会影响其弯折强度的烧结的陶瓷材料的方法。

为了实现这一目的，在过去30年，通常称为氧化锆的锆氧化物(ZrO₂)的特性的研究吸引了注意力，这是因为在公知的陶瓷中它是在其四方相稳定时表现出弯曲强度(其可具有约1000-1300MPa的值)和断裂韧性(其可具有约6-10MPa.m^1/2的值)之间的优异关系的材料。获得这种值的组合(使其赢得“陶瓷钢”之名)与其相转变机理“转变增韧”相关，这是该材料的特性且在于从四方到单斜相的变化，伴随着约5％的体积增加，这使得它能够吸收在断裂进展过程中引发的张力，从而大大增加其韧性。

对于该能量吸收机理(其是氧化锆中高韧性的关键)的理解，必须考虑相应的相图，其对于纯的未掺杂的氧化锆为如下：从0℃至约950-1170℃的单斜相，从1170℃到2370℃的四方相，和由此的立方相和超过2680℃变为液态。为了在室温下实现氧化锆的四方相稳定，并利用前述加工机理，有必要预先对其掺杂一组氧化物，其中各金属具有不同于锆的价态(+4)的价态，称为(相)稳定剂，最常见的是镁、钙、铈和钇的氧化物。

就用于高要求的结构应用的商业产品而言，已开发用3摩尔氧化钇(Y₂O₃)稳定的氧化锆，并很好地建立了市场，在通过热等静压(HIP)成形/烧结陶瓷材料时，即使在相对低的值(与金属合金相比)，相对于约5MPa.m^1/2的断裂韧性，其仍具有改进到约1200至1300MPa且可以达到约1800MPa的弯曲强度值。选择钇主要是由于这样的事实，钇和锆原子具有非常相似的原子序数，因而具有非常相似的原子半径，容易形成固溶体，其中由于两种阳离子的不同价态(锆(+4)和Y(+3))，钇原子取代晶格中部分锆原子。钇氧化物/氧化钇(Y₂O₃)允许在晶格中引入氧的间隙，导致在室温下所述四方相的稳定性。正是在室温下这种可转化的四方相允许得到韧性的提高，同时保持高的弯曲强度值。

因此，目的是获得具有高的韧性和弯曲强度的氧化锆基陶瓷材料。

EP2045222公开了一种在溶体中含有Y₂O₃作为稳定剂和具有透光性的烧结的氧化锆，这意味着它是半透明的。根据该文献的描述，其中要求保护的材料具有1700MPa的三点弯曲强度和3.5-4.0MPa.m^1/2的断裂韧性。因此，与在本申请中公开的技术不同，没有实现断裂韧性和弯曲强度值之间的良好关系。