[发明专利]氧化镁和氧化钇共稳的四方氧化锆多晶陶瓷及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化镁和氧化钇共稳的四方氧化锆多晶陶瓷(Mg，Y)-TZP陶瓷及其制备方法。属于氧化锆陶瓷领域。

背景技术

1975年前，氧化锆陶瓷的应用仅局限于耐火材料方面，人们对开发氧化锆陶瓷作为工程陶瓷没有多大的兴趣，主要归因于1200℃左右四方相(t)→单斜相(m)的马氏体相变。当烧结体冷却到1200℃左右以下时，这种相变就将发生，产生的剪应变和体积膨胀足以导致烧结体的断裂和破坏。然而，由于氧化锆具有本征的物理化学特性，例如，硬度高、耐磨、低的摩擦系数、化学惰性、电性质(绝缘和电导)、低的热导率和高的熔点等吸引了人们长期致力于提高其机械性能，以便作为结构陶瓷使用。最富有里程碑意义的研究是发现可以通过掺杂合适的稳定剂和恰当的制备工艺，设计出立方相(c)大晶粒(40-100μm)包含的亚稳四方相小晶粒(150-200nm)的两相显微结构，获得部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷[R.C.Garvie，R.H.J.Hannink and R.T.Pascoe，Ceramic steel？，Nature，258[553](1975)703-704.]，在外界应力作用下，利用亚稳四方相转变到单斜相的马氏体相变来提高材料的机械性能。这类PSZ陶瓷具有高的强度、良好的断裂韧性、抗热震性、抗腐蚀和水热处理性能不衰减等特点，是一种应用非常广泛的陶瓷材料，在化工、石油、机械、电子、通讯和航空航天等领域有着重要的用途，相应地开发出PSZ陶瓷的制备工艺[US，4067745(1978)，US，4279655(1983)]。其中Mg-PSZ的研究较多，MgO的掺杂量通常在8-11mol％范围。近年来，由于发现Y₂O₃，CeO₂等的引入可以提高Mg-PSZ陶瓷制备工艺的稳定性和改善Mg-PSZ陶瓷的高温力学性能，从而开发出(Mg，Y)-PSZ[CN 1090563A(1993)，CN1089249A(1993)]。然而，目前广为采用的制备工艺为高温固溶烧结(温度为1600℃-1700℃左右)，随后快速降温，再长时间的热处理(热处理温度为1100℃获得抗热震型PSZ，1400℃以上获得高强度型PSZ)，热处理时间需要几小时至几十小时，甚至数百小时，以便获得立方大晶粒内包含粒径为150-200nm的亚稳四方晶粒的显微结构，从而获得较高的力学性能。这方面的报道较多，主要文献请参见：

①R.H.J.Hannink，P.M.Kelly and B.C.Muddle，Transformationtoughness in zirconia-containing ceramics，J.Am.Ceram.Soc.83[3](2000)461-87.

②R.R.Hughan and R.H.J.Hannink，Precipitation during controlledcooling of magnesia-partially stabilized zirconia，J.Am.Ceram.Soc.69[7](1986)556-63.

③R.H.J.Hannink and R.C.Garvie，Sub-eutectoid aged Mg-PSZ alloywith enhanced thermal up-shock resistance，J.Mater.Sci.17[9](1982)2637-43.

④C.S.Montross，Pro-and sub-eutectoid behavior of the tetragonal phase inmagnesia-partially-stabilized zirconia，J.Am.Ceram.Soc.75[2](1992)463-68.

由于固溶温度高和热处理时间长直接导致大能耗和烧结设备高的维护和使用成本，并且工艺复杂，且因力学性能对工艺的敏感性大，这就极大地增加了生产成本和力学性能的不稳定性，限制了PSZ陶瓷的推广和应用。在尽量维持高的力学性能的前提下，简化工艺和降低成本，受到广泛关注。