[发明专利]一种锆铝基多相复合陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锆铝基多相复合陶瓷及其制备方法，该制备方法包括：用共沉淀法制备含微量Fe、Co、Cr元素的Y离子稳定的ZrO₂复合溶胶、混入氧化铝、氧化钙、氧化硅粉料，将其混合球磨均匀；经干燥、煅烧、过筛、造粒、得到粒度适中混合粉料；将粉料经电动压片机干压后，成型；成型后的素坯，经过预烧排胶后，再经高温烧结而成。制备的氧化锆陶瓷显微结构里有t‑ZrO₂晶粒、c‑ZrO₂晶粒、CaO·5Al₂O₃晶粒和t‑ZrO₂晶粒四种晶相，锆铝基多相复合陶瓷同时具有高韧性、高强度、良好抗老化性能、满足5G手机背板要求，烧结温度低，易于工业生产。

技术领域

本发明涉及氧化物陶瓷制备领域，具体涉及一种锆铝基多相复合陶瓷及其制备方法。

背景技术

5G网络是第五代移动通信网络，其峰值理论传输速度可达每秒数10Gb，比4G网络的传输速度快百倍，将带来高速率、低时延、可靠安全的增强型网络服务。5G通信将采用3GHz以上的频谱，其毫米波的波长很短，来自金属的干扰非常厉害，陶瓷具有“先天优势”。陶瓷具有无信号屏蔽、硬度高、观感强及优异散热性等特点将成为5G手机背板的重要选择。5G手机背板对陶瓷材料提出了高强度、高韧性、高稳定性的要求。

氧化锆陶瓷材料具有优良的抗弯强度和断裂韧性、耐磨和耐腐蚀性、高化学稳定性等，被视为最合适用作5G手机背板的材料。1975年澳大利亚的Garvie以CaO为稳定剂制备得到部分稳定氧化锆陶瓷(Ca-PSZ)，首次利用ZrO₂马氏体相变的增韧效应，提高了其强度和韧性。20世纪末，各种性能的ZrO₂单相陶瓷或复相陶瓷迅速发展，在许多领域获得广泛的应用。

Y₂O₃稳定的四方氧化锆陶瓷(Y-TZP)是最常见的氧化锆陶瓷，论文[J.Cui,Z.Gong,M.Lv,P.Rao,Determination of fracture toughness of Y-TZP ceramics,Ceram.Int.43(2017)16319-16322.]用飞秒激光改良的SEVNB方法所测得3Y-TZP、2.5Y-TZP和2Y-TZP的断裂韧性分别为：4.5MPa·m^1/2、5.3MPa·m^1/2、6.4MPa·m^1/2，断裂强度分别为：627MPa、817MPa、994MPa。Y-TZP具有优良的力学性能，但是当其暴露在潮湿环境下，四方相会自发地转变为单斜相，相变产生的裂纹易失稳扩散，使得力学性能骤降，甚至造成灾难性的后果，这种现象称为低温老化现象。这种低温老化现象的机理仍未完全了解，但是它与水在基体表面扩散引起的氧空位湮灭有关。通过增加Y₂O₃的掺入量可以一定程度上抑制低温老化现象，但是会牺牲其力学性能。由此可见，仅用Y₂O₃稳定的氧化锆陶瓷有局限性，不适合用作5G手机背板。

论文[T.Sato,S.Ohtaki,T.Endo,et al,Improvement of thermal stability ofYttria-doped tetragonal zirconia polycrystals by alloying with variousoxides,Int.J.High Technol.Ceram.2(3)