[发明专利]致密氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及的是一种制备致密氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷的方法，属于氧化物陶瓷材料 领域。

氧化锆是20世纪70年代发展起来的新型结构陶瓷材料，由于具有耐磨损、耐腐蚀、强度 大、熔点高等特性，在冶金、电子、化工、机械等领域有着广泛的应用。氧化锆主要存在三种 不同的晶型：立方相、四方相和单斜相。氧化锆多晶型与温度之间的转化关系表示如下：

其中值得注意的是，四方相到单斜相的相变过程中存在7-9％的体积膨胀效应，从而产生较大 应力，在氧化锆结构中会产生微裂纹，甚至碎裂。但是，当加入适当氧化钇、氧化镁、氧化钙、 氧化锶、氧化铝等稳定剂后，高温稳定的立方相和四方相也能在室温下稳定或亚稳定存在，减 小了相变应力，从而使氧化锆陶瓷在许多领域发挥着极其重要的作用。其中，氧化镁部分稳定 氧化锆陶瓷材料作为电化学传感器被广泛应用于一次性传感装置来测定钢液中溶氧量。该材 料除了如高氧离子迁移数和电导率等电学性能要求外，为了防止气体分子的渗透，还有高致 密度等结构要求。但是，氧化锆是一种非常难于烧结的材料，目前国内外制备氧化镁部分稳 定氧化锆陶瓷一般采用电融氧化锆或者其它方法制得的氧化锆粉末为原料，在高温烧结过程 中使稳定剂固溶进氧化锆晶粒。对于材料的广泛应用和工业化生产来说，它们的主要问题有 以下几个方面：

(1)原料粒度较大，烧结温度高，对设备的要求高，能耗大；

(2)采用高温固相烧结，其晶粒尺寸大小难以控制；

(3)稳定剂高温状态下固溶进氧化锆晶粒，它在氧化锆晶粒中分布很容易不均匀，影响材 料的性能。

研究表明，纳米级/亚微米级粉末具有较高比表面积，烧结活性大，利用这些粉末作为原 料也能够降低烧结温度，提高烧结试样的致密性。研究和生产实践表明，共沉淀法在湿化学 方法制备粉体材料中是一种生产工艺简单、原料成本低廉、所得粉体性能良好的方法。与其 它一些传统无机材料制备方法相比，共沉淀法具有如下优点：

(1)工艺与设备较为简单，沉淀期间可将合成和细化一道完成，有利于工业化；

(2)可以精确控制各组分的含量，使不同组分之间实现分子/原子水平的均匀混合；

(3)在沉淀过程中，可以通过控制沉淀条件及下一步沉淀物的煅烧制度来控制所得粉料的 纯度、颗粒大小、分散性和相组成；

(4)样品煅烧温度低，性能稳定且重现性好。

另外，经典烧结理论表明，液相烧结法是一种广泛应用促进烧结的方法，它能够显著的 降低烧结温度，提高烧结试样致密性。

为了解决目前制备致密化氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷存在的问题，本发明采用共沉淀法 合成的含有一定添加剂组成的部分稳定氧化锆为原料，利用液相烧结于1300℃-1800℃加热 而获得致密的氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷材料。具体实施方法是：

1.将包括添加剂在内的如下原料溶解于含有分散剂的水溶液或者醇水溶液：

A：含锆原料，如ZrOCl₂·8H₂O或者Zr(NO₃)₂·2H₂O等；

B：含镁原料，如Mg(NO₃)₂·6H₂O或者MgCl₂·6H₂O等；

C：含铝、硅、钙等元素的添加剂，如Al(NO₃)₃·9H₂O、Ca(NO₃)₂·4H₂O、AlCl₃、Na₂SiF₆或者CaCl₂等。

其中，各物质转化为氧化物后，它们在烧结体中的摩尔百分含量分别为：

ZrO₂：80-98％；MgO：2-10％；Al₂O₃：0-6％，SiO₂：0-5％；CaO：0-5％.

2.待原料完全溶解后，在采用强烈搅拌的条件下通过如下两种方式获得氢氧化物沉淀：

A：直接加入氨水或者氢氧化钠溶液，使各种元素同时均匀沉淀；