[发明专利]掺杂钇和镧的基于氧化锆的材料

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2010/061489，国际申请 日为2010年12月21日，进入中国国家阶段的申请号为 201080060035.4，发明名称为“掺杂钇和镧的基于氧化锆的材料”的中 国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明描述了掺杂钇和镧二者的基于氧化锆的材料。

背景技术

由各种金属氧化物制备的陶瓷材料已经应用于各种应用中。这些 陶瓷材料可通过首先形成包含金属氧化物粒子的生坯来制备。随后将 生坯烧结以将所述粒子结成致密体并实现所需的最终性质。

许多陶瓷材料是基于铝或基于硅的。也已制备一些基于氧化锆的 陶瓷。与其它陶瓷材料相比，基于氧化锆的陶瓷可具有改进的机械强 度，这与当裂纹扩张到陶瓷材料中时可被触发的相变机理相关。更具 体地说，四方晶相氧化锆可在这种条件下转化为单斜晶相氧化锆。单 斜晶相的形成趋于抑制裂纹在整个陶瓷材料中的扩张。

发明内容

本文描述了包含氧化锆、钇和镧的基于氧化锆的材料。这些材料 通常呈粒子、生坯、部分烧结体或烧结体的形式。平均晶粒度小于或 等于200纳米的烧结体可用于多种应用中，诸如那些期望具有韧性和 光学半透明的应用中。本发明也描述了制造烧结体的方法。

在第一方面，提供了一种烧结体。烧结体包含基于氧化锆的陶瓷 材料，按所述基于氧化锆的陶瓷材料中的无机氧化物的总摩尔量计， 所述陶瓷材料包含92.5至98.0摩尔％的锆氧化物，1.5至2.5摩尔％的 钇氧化物以及0.5至5.0摩尔％的镧氧化物。基于氧化锆的陶瓷材料的 平均晶粒度小于或等于200纳米。

在第二方面，提供了一种制造包括基于氧化锆的陶瓷材料的烧结 体的方法。所述方法包括提供基于氧化锆的溶胶，其包含基于氧化锆 的粒子，所述基于氧化锆的粒子为晶体且平均粒度不大于100纳米。 按基于氧化锆粒子中的无机氧化物的总摩尔量计，基于氧化锆的粒子 包含至少92.5摩尔％的锆氧化物、至少1.5摩尔％的钇氧化物和至少0.5 摩尔％的镧氧化物。所述方法还包括：由基于氧化锆的溶胶形成基于氧 化锆的生坯，使得所述生坯包含按生坯的总体积计至少25体积％的无 机氧化物。所述方法还包括加热基于氧化锆的生坯，以烧结所述基于 氧化锆的粒子，并且形成基于氧化锆的陶瓷材料。基于氧化锆的陶瓷 材料的平均晶粒度不大于200纳米。

在第三方面，提供了一种部分烧结体。部分烧结体包括通过部分 烧结基于氧化锆的粒子而形成的产品。所述基于氧化锆的粒子为晶体 且平均粒度不大于100纳米。按基于氧化锆粒子中的无机氧化物的总 摩尔量计，基于氧化锆的粒子包含至少92.5摩尔％的锆氧化物、至少 1.5摩尔％的钇氧化物和至少0.5摩尔％的镧氧化物。按部分烧结体的总 体积计，所述部分烧结体包含25至75体积％的无机氧化物和25至75 体积％的空隙。

上述发明内容并非旨在描述本发明的每一实施例或每一实施方 式。以下描述更具体地例示了示例性实施例和实施方式。在整个说明 的若干部分中，通过实例列表提供指导，这些实例可以各种组合使用。 在每种情况下，除非另外说明，否则列举的列表仅用作代表性的组并 且不应被解释为排它性的列表。

附图说明

图1是烧结的基于氧化锆的材料的离子铣削横截面的场发射扫描 显微图。通过将可以商品名LAVA自3MESPE(美国明尼苏达州圣保 罗市)商购获得的部分烧结的氧化锆块进一步烧结来制备所述材料。 在显微图中所示的孔(即，空隙)是圆形的。

图2a示出了在入射光下以50倍放大率观察到的实例13的烧结体。 图2b示出了在入射光下以50倍放大率观察到的比较例5的烧结体。

图3是实例13的烧结体的断裂表面的场发射扫描显微图。

图4是实例13的烧结体的离子铣削横截面的场发射扫描显微图。

图5a示出了实例13的烧结体，图5b示出了实例14a的烧结体， 并且图5c示出了在入射光下以50倍放大率观察到的实例14b的烧结 体。

图6a示出了在入射光下以50倍放大率观察到的实例15a的烧结 体。图6b是实例15a的烧结体的断裂表面的场发射扫描显微图。

图7a示出了在入射光下以50倍放大率观察到的实例15b的烧结 体。图7b是实例15b的烧结体的断裂表面的场发射扫描显微图。