[发明专利]一种快速成型制备低温烧结陶瓷复合材料的方法

说明书

本发明提供了一种快速成型制备低温烧结陶瓷复合材料的方法，本发明使用檬酸铵和聚丙烯酸铵作分散剂，氨水和盐酸调节剂pH值，柠檬酸钙做固化剂，使用二氧化钛作为活化烧结助剂，得到了快速成型的氧化铝氧化锆复合材料，并低温烧结致密。该方法可连续生产，并适用于工业规模。

技术领域

本发明涉及陶瓷制备领域，具体涉及一种快速成型制备低温烧结陶瓷复合材料的方法。

背景技术

氧化锆的熔点高达2700℃，耐热性、耐蚀性优良，热导率在常见的陶瓷材料中最低（λ=16.8W•m^-1•K^-1），热膨胀系数又最大（10^-6K^-1），与金属材料较为接近，完全稳定化氧化锆（FSZ）易产生较高的热应力，但部分稳定氧化锆（PSZ）具有强度高，脆性低，较高的断裂韧性，被认为是发动机上最有前途的陶瓷材料。

氧化铝（Al₂O₃）在不添加其他助剂的条件下，高温条件下达到约2054℃时开始融化，达到2980℃呈沸腾状态，在高温情况下不易与其他物质发生反应的现象说明热稳定性和化学稳定性较好。氧化铝业作为一种高硬度化合物，普遍运用在陶瓷、化工及电子等行业，是目前氧化物陶瓷中用处最广的陶瓷材料。

氧化铝和氧化锆在高温下能共熔，并且氧化铝颗粒的存在还有助于氧化锆四方相的保留，对其增韧有促进作用。氧化锆/氧化铝复合材料，因具有优良的力学性能和热力学性能，近年来受到普遍重视。

从增韧机理来分析，氧化锆的相变增韧作用和氧化铝的弥散增韧可以叠加。氧化铝对裂纹的钉扎，弥补了微裂纹对强度的消极作用，因而使得复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性的极值逐渐出现在同一烧成温度。

再者，由于氧化铝的热膨胀系数约为8*10^-6℃^-1，小于氧化锆热膨胀系数，所以氧化锆在氧化铝基体中分布时，氧化铝晶体处于压应力状态，氧化铝和氧化锆在晶界处结合良好，具有良好的晶界强度，使裂纹不易在氧化铝和氧化锆晶界形成，因此，氧化铝和氧化锆的混合，使晶界得到强化，从而使复合陶瓷的抗弯强度、断裂韧性得到显著提高。

目前，氧化锆和氧化铝复合材料作为高温涂层得到广泛应用。对于块材，通常要进行高温烧结。

发明内容

本发明提出了一种快速成型制备低温烧结陶瓷复合材料的方法，解决了现有复合材料需要高温烧结的问题。

实现本发明的技术方案是：

一种快速成型制备低温烧结陶瓷复合材料的方法，以氧化铝及氧化锆作为陶瓷粉体，柠檬酸铵和聚丙烯酸铵作分散剂，氨水和盐酸调节剂pH值，柠檬酸钙做固化剂，使用二氧化钛作为活化烧结助剂，得到快速成型的低温烧结陶瓷复合材料。

所述的快速成型制备低温烧结陶瓷复合材料的方法，具体步骤如下：

（1）将陶瓷粉体氧化铝、氧化锆、聚丙烯酸铵、柠檬酸铵和二氧化钛放入研磨钵中，使用研磨棒研磨30-60min，混料均匀，得到陶瓷悬浮体；

（2）调节步骤（1）陶瓷悬浮体的pH值；

（3）向步骤（2）得到的陶瓷悬浮体中加入固化剂柠檬酸钙，搅拌均匀注入锡纸模具中，室温静置8-10h至样品固化；

（4）将步骤（3）固化样品置于马弗炉中烧结获得低温烧结陶瓷复合材料。

所述步骤（1）中氧化铝、氧化锆、聚丙烯酸铵、柠檬酸铵和二氧化钛的重量份分别是：60-90份、10-40份、2-4份、1-3份、0.5-2份，步骤（3）固化剂柠檬酸钙的重量份是0.5-2份。

所述步骤（2）中利用1-2 mol/L的盐酸和氨水调节pH值为8-9。