[发明专利]一种稳定氧化锆粉体及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种稳定氧化锆粉体及其制备方法与应用，稳定氧化锆粉体的原料包括硝酸锆、硝酸钴、氨水和水，硝酸钴和硝酸锆的摩尔数总和、氨水的体积和水的体积之比为0.02：(50～100)：(10～20)，硝酸钴的摩尔百分比为2％～20％，硝酸锆的摩尔百分比为80％～98％，硝酸钴和硝酸锆的摩尔百分比总和为100％。稳定氧化锆粉体的制备方法包括以下步骤：配制硝酸钴溶液；倒入氨水得到混合溶液，加入硝酸锆，采用水热法制备得到稳定氧化锆粉体。本发明所制备的氧化锆粉体均为四方相，结构和成份简单，从而有利于简化其机理的研究；颗粒尺寸较细且均匀性较好，采用此种方法制备稳定四方相的ZrO₂粉体易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于功能陶瓷技术领域，涉及一种稳定氧化锆粉体及其制备方法，用于生产氧化锆陶瓷粉体、烧结氧化锆陶瓷。

背景技术

氧化锆(ZrO₂)是20世纪70年代发展起来的新型结构陶瓷，具有高熔点、高强度、高韧性、耐腐蚀、常温力学性能以及高耐磨性能等，在陶瓷、耐火材料、固体电解质材料、催化剂材料、刀具、机械、电子材料等各领域获得了广泛的应用。纯ZrO₂从高温冷却到室温的过程中将发生如下相变:立方相(c)→四方相(t)→单斜相(m)，其中在1150℃左右会发生t到m相变，并伴随约5％的体积膨胀。如果将ZrO₂的t→m相变点稳定到室温，使其在承载时由应力诱发产生t→m相变，由于相变产生的体积效应而吸收大量的断裂能，从而使材料表现出异常高的断裂韧度，产生相变增韧，获得高韧性、高耐磨性。

为实现相变增韧，必须添加一定的稳定剂并适当控制烧结工艺，将高温稳定相-四方相亚稳至室温，获得室温下可相变的四方相，这就是稳定剂对氧化锆的稳定作用。稳定至室温的四方相是应力诱导相变的前提条件，所以该过程是氧化锆陶瓷获得优良性能的关键,是氧化锆结构陶瓷材料研究的重要内容。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种稳定氧化锆粉体及其制备方法与应用，用以实现相变增韧，将高温稳定相-四方相亚稳至室温，获得室温下可相变的四方相。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种稳定氧化锆粉体，该稳定氧化锆粉体的原料包括硝酸锆、硝酸钴、氨水和水。

本发明还包括如下技术特征：

所述硝酸钴和硝酸锆的摩尔数总和、氨水的体积和水的体积之比为0.02：(50～100)：(10～20)，其中，硝酸钴和硝酸锆的摩尔数总和的单位为mol、氨水的体积单位为mL和去离子水的体积单位为mL；

所述硝酸钴的摩尔百分比为2％～20％，硝酸锆的摩尔百分比为80％～98％，硝酸钴和硝酸锆的摩尔百分比总和为100％。

所述硝酸钴和硝酸锆的摩尔百分比分别为2％和98％，或所述硝酸钴和硝酸锆的摩尔百分比分别为10％和90％，或所述硝酸钴和硝酸锆的摩尔百分比分别为20％和80％。

所述硝酸锆为ZrO(NO₃)₂·xH₂O，其摩尔质量为231.22g/mol；硝酸钴为Co(NO₃)₂·6H₂O；所述水为去离子水。

本发明还提供一种所述的稳定氧化锆粉体的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，称取配方量的硝酸钴，加入配方量的去离子水配制成硝酸钴溶液；

步骤二，在步骤一得到的硝酸钴溶液中倒入配方量的氨水，得到混合溶液，并用磁力搅拌器搅拌均匀；

步骤三，在步骤二得到的混合溶液中，加入配方量的硝酸锆，搅拌均匀后，移入带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，并保持60％的填充率；