[发明专利]一种耐磨氧化铝陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开一种耐磨氧化铝陶瓷的制备方法。

背景技术

氧化铝陶瓷材料具有优异物理化学性能，相比金属材料，氧化铝陶瓷材料耐磨损性能和耐腐蚀性能更好，硬度也更高，是一种理想的结构材料。氧化铝陶瓷材料被广泛用于机械、化工、采矿、纺织、航天航空等领域耐磨部件的生产。因此，氧化铝陶瓷材料一直是人们研究开发的重点。

科技工作者围绕氧化铝陶瓷材料开展了大量研究工作。研究者发现在氧化铝中添加烧结助剂、过渡金属氧化物和稀土氧化物，有助于获得理想的显微结构和改善陶瓷性能。例如为了提高氧化铝陶瓷材料的断裂韧性和强度，人们选择添加少量助剂，在烧结过程中这些助剂生长成第二相达到增韧目的。Masaki Yasuoka等人通过在氧化铝中添加LaAlO₃，原位生长出LaAl₁₂O₁₈来增强增韧氧化铝陶瓷，制备出了高强高韧氧化铝陶瓷。这为提高氧化铝陶瓷材料的机械性能找到了一些方法，为耐磨陶瓷的研究提供了参考。大量研究表明，氧化铝陶瓷的耐磨性能和材料强度、硬度，断裂性及其材料的微观结构都有着复杂的关系。改善氧化铝陶瓷尤其是高铝瓷的耐磨性能，目前尚未能找到满意的解决方案。

发明内容

本发明的目的就是针对上述存在问题提供一种耐磨性氧化铝陶瓷的制备方法。

具体步骤为：

（1）原料的质量百分比为：Al₂O₃ 75~99.8%，稀土镧的化合物0.01~10%，硅、镁和钙的化合物或含硅、镁和钙的矿物0.19~15%；

（2）将步骤（1）配好的原料，采用搅拌磨或管式球磨机球磨5~96小时；

（3）将步骤（2）所得料干燥，干燥温度70~200℃，时间1~24小时，然后采用等静压成型、滚压成型或轴压成型，制得坯体；

（4）将步骤（3）所得坯体在1150~1650℃烧结，保温时间10~360分钟，然后冷却至室温制得成品。

所述稀土镧化合物为氧化镧、六水硝酸镧、碳酸镧、氢氧化镧和草酸镧中的一种。

所述硅的化合物为二氧化硅质量分数大于40%的化合物。

所述含硅的矿物为滑石和透辉石中的一种。

所述镁的化合物为氧化镁的质量百分数大于40%的化合物。

所述含镁的矿物为白云石、菱镁矿和坡缕石中的一种。

所述钙的化合物为氧化钙的质量百分数大于50%的化合物。

所述含钙的矿物为方解石、石灰岩和白垩岩中的一种。

按标准：JC/T848.1–1999对制得的成品进行磨损率测试，测试结果表明：所制得的氧化铝陶瓷材料的磨损率最低达0.0008%h^-1，比相应不含稀土氧化铝陶瓷材料降低了约40%。

本发明的主要特色在于通过添加稀土镧化合物，制备出了低磨损率的氧化铝陶瓷，耐磨性能较不掺杂稀土的氧化铝陶瓷材料有大幅度的提高；工艺简单。

具体实施方式

实施例1：

（1）原料的质量百分比为：Al₂O₃ 90%，稀土镧的化合物La(NO₃)₃·6H₂O 3.5%，高岭土2.2%，MgO2.2%，CaO2.1%；

（2）将步骤（1）配好的原料，采用搅拌磨球磨48小时；

（3）将步骤（2）所得料干燥，干燥温度110℃，时间12小时，然后采用等静压（100MP）成型，保压10分钟，制得坯体；

（4）将步骤（3）所得坯体在1480℃烧结，保温时间100分钟，然后冷却至室温制得成品；

测试成品磨损率为0.0015%h^-1。

实施例2：

（1）原料的质量百分比为：Al₂O₃ 94%，稀土镧的化合物La₂(CO₃)₃  2%，高岭土1.2%，菱镁矿0.8%，CaCO₃  2 %；

（2）将步骤（1）配好的原料，采用搅拌磨球磨48小时；

（3）将步骤（2）所得料干燥，干燥温度110℃，时间12小时，然后采用等静压（100MP）成型，保压10分钟，制得坯体；

（4）将步骤（3）所得坯体在高温电阻炉1540℃烧结，保温时间100分钟，然后冷却至室温制得成品；

测试成品磨损率为0.0008%h^-1。