[发明专利]一种利用工业废渣为助剂的陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种利用工业废渣为助剂的陶瓷及其制备方法，属于无机材料技术领域。本发明的利用工业废渣为助剂的陶瓷主要由3Y‑ZrO₂、高炉渣和Al₂O₃制成；三者的质量百分比之和以100％计，3Y‑ZrO₂为20～40％，高炉渣为3～5％，余量为Al₂O₃。本发明的利用工业废渣为助剂的陶瓷，陶瓷晶粒之间的微晶玻璃相使材料具有良好的力学性能。本发明的利用工业废渣为助剂的陶瓷的维氏硬度10.12～14.95GPa，抗弯强度400～493MPa，断裂韧性4.98～5.97MPa·m^1/2，可以满足一般苛刻使用环境对耐腐蚀、高强度、高硬度、高韧性陶瓷材料的使用要求。

技术领域

本发明涉及一种利用工业废渣为助剂的陶瓷及其制备方法，属于无机材料技术领域。

背景技术

ZTA陶瓷即氧化锆增韧氧化铝陶瓷，是将氧化锆颗粒分散添加到氧化铝陶瓷基体中而得到的一种结构陶瓷复合材料，具有高强度、高硬度、高绝缘性、化学稳定性好等特点，同时具有传统Al₂O₃陶瓷不具备的高断裂韧性等优异特性，是目前陶瓷材料领域重要材料之一，在电子、航空、机械、纺织、化工、建筑等领域得到了广泛的应用。然而，由于ZTA陶瓷中的共价键比例高、烧结扩散激活能大、低温很难致密，有时烧结温度高达1700℃以上，如此高的烧结温度不但容易形成粗大晶粒，聚集长大的残余气孔，从而降低材料力学性能，而且需要消耗大量的能源，对高炉耐火砖的损害较大，设备要求较高。因此降低ZTA陶瓷的烧结温度具有十分重要的意义。

由于在液相烧结过程中，多晶陶瓷材料的致密化受第二相的影响较小，因此，添加助烧剂液相烧结ZTA陶瓷，将是一种成本低、操作简便的有效途径。目前报道用于ZTA陶瓷低温液相烧结的助剂较少，主要是一些可以与其它成分物质构成二元、三元或多元低共熔玻璃体系的化工原料，这类添加剂主要有：SiO₂、MgO、CaO、Al₂O₃、TiO₂、MnO₂、Li₂O等，当加热到最低共熔温度时开始出现液相，由于共融温度较加入助剂之前的理论烧结温度低，从而实现了低温烧结。但在材料降温后，高温液相也随之在陶瓷晶界处形成玻璃相，导致材料高低温力学性能下降，同时，采用化工原料作为助烧剂，也增加了ZTA陶瓷的生产成本。

高炉渣作为一种工业废渣，是高炉炼铁水淬时所获得玻璃态无机固体材料，主要成分为SiO₂、CaO、Al₂O₃。近年来研究发现，高炉渣在高温下通过控制晶化过程，可以制备微晶玻璃，这是一类在玻璃基体中含有大量微晶相的固体材料，它既具有玻璃的致密性，又具有陶瓷的高强度、高硬度的特点，具有很高的循环利用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度的利用工业废渣为助剂的陶瓷。

本发明还提供了一种利用工业废渣为助剂的陶瓷的制备方法。

为了实现以上目的，本发明的利用工业废渣为助剂的陶瓷所采用的技术方案是：

一种利用工业废渣为助剂的陶瓷，主要由3Y-ZrO₂、高炉渣和Al₂O₃制成；三者的质量百分比之和以100％计，3Y-ZrO₂为20～40％，高炉渣为3～5％，余量为Al₂O₃。

本发明的利用工业废渣为助剂的陶瓷，陶瓷晶粒之间的微晶玻璃相使材料具有良好的力学性能。本发明的利用工业废渣为助剂的陶瓷的维氏硬度10.12～14.95GPa，抗弯强度400～493MPa，断裂韧性4.98～5.97MPa·m^1/2，可以满足一般苛刻使用环境对耐腐蚀、高强度、高硬度、高韧性陶瓷材料的使用要求。