[发明专利]一种细晶粒粉色ZTA陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种细晶粒粉色ZTA陶瓷的制备方法，将氧化铝、氧化钇稳定氧化锆、碳酸物、铬源混合获得混合粉末，将混合粉末加入至含阴离子型分散剂的碱性溶液中，获得混合料，再于混合料中加入粘接剂，然后球磨，获得陶瓷浆料，所得陶瓷浆料进行喷雾造粒、干燥，获得ZTA复合粉末，再将ZTA复合粉末压制成型即得生坯，所得的生坯置于空气气氛中，进行初烧结，获得初坯，再将初坯进行热等静压烧结，即得ZTA陶瓷材料，热等静压烧结的温度相比初烧结的温度低20～50℃。该制备方法获得的细晶粒ZTA陶瓷具有较高的硬度、强韧性、耐磨性和生物相容性，可广泛应用作切削刀具、结构陶瓷及人体耐磨植入材料等。

技术领域

本发明属于陶瓷材料制备技术领域，尤其涉及一种细晶粒粉色ZTA陶瓷及其制备方法。

背景技术

氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷具有较氧化铝更高的强韧性，且较氧化锆更优异的硬度和耐磨性，从而使其成为一种兼顾高强度、高硬度和良好韧性的复相陶瓷材料。粉色ZTA是基于ZTA陶瓷逐渐发展起来的一类陶瓷，该陶瓷除了利用氧化锆的相变增韧，还通过引入适量的氧化锶、氧化钙和氧化镁，通过与氧化铝发生反应生成SA6(SrO·6Al₂O₃)，CA6(CaO·6Al₂O₃)或MA6(MgO·6Al₂O₃)；该成分在显微组织中形成了板状的氧化铝晶粒，可进一步诱导裂纹偏转，提高陶瓷的强韧性。粉色的外表是通过引入少量的三氧化二铬，其固溶在氧化铝中诱导其颜色发生变化，同时可提高ZTA陶瓷的耐磨性能。目前，常规粉末冶金制备方法获得的粉色ZTA具有以下几个问题：(1)超细的氧化锆与氧化铝粉末在球磨过程中分布不均匀，致使单相晶粒直接接触而合并长大，使得最终烧结组织中晶粒粗大；(2)致密的组织需要在较高的温度下形成，容易加速陶瓷晶粒长大，降低材料的综合性能；(3)相互接触的氧化锆或粗大的氧化锆易于发生时效相变或应力相变，而产生微裂纹降低材料强韧性。

发明内容

为了解决现有技术中，粉色ZTA陶瓷存在组织分布不均引起的晶粒长大以及陶瓷因时效或应力诱导相变产生裂纹，本发明的目的在于提供一种细晶粒粉色ZTA陶瓷及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明一种细晶粒粉色ZTA陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

步骤一陶瓷浆料的配制

将氧化铝、氧化钇稳定氧化锆、碳酸物、铬源混合获得混合粉末，将混合粉末加入至含阴离子型分散剂的碱性溶液中，获得混合料，再于混合料中加入粘接剂，然后球磨，获得陶瓷浆料，

步骤二生坯的制备

将步骤一所得陶瓷浆料进行喷雾造粒、干燥，获得ZTA复合粉末，再将ZTA复合粉末压制成型即得生坯，

步骤三烧结成型

将步骤二所得的生坯置于空气气氛中，进行初烧结，获得初坯，再将初坯进行热等静压烧结，即得ZTA陶瓷材料，热等静压烧结的温度较比初烧结的温度低20～50℃。

本发明首先在原料中引入碳酸物，提升浆料的分散性能，同时在对原料湿法球磨的过程中，以碱性的水作为球磨介质，引入适量的阴离子型分散剂，从而球磨获得分散性好，十分稳定且粘度较低的超细陶瓷浆料。然后在该陶瓷浆料的基础上通过喷雾造粒干燥，获得流动性良好的ZTA复合粉末，压制成型后，先于较高的温度下，烧结获得初坯，再降低温度，进行热等静烧结，从而既可以保证产品的晶粒细小，又在外力的作用下逐步消除残留孔隙，从而获得晶粒细小且致密度高的高性能粉色ZTA陶瓷材料。

优选的方案，步骤一中，混合粉末中，按质量分数计，氧化铝65～80份，氧化钇稳定氧化锆20～30份，碳酸物0.5～3.0份，铬源0.2～0.8份。

进一步的优选，所述碳酸物选自碳酸锶、碳酸钙、碳酸镁中的至少一种。