[发明专利]一种微波‑常规烧结结构陶瓷的方法

摘要

本发明属于结构陶瓷制备技术领域，涉及一种微波‑常规烧结结构陶瓷的方法，通过对结构陶瓷介电性能随温度变化规律的分析，在三维电磁仿真技术对结构陶瓷在微波烧结腔内电磁场分布研究的基础上，将电磁场分布模拟结果应用于温度场仿真软件模拟Y‑TZP和ZTA材料的介电常数、损耗角正切在微波烧结过程中随温度场的变化状况，并测定Y‑TZP、ZTA的介电特性随烧结温度的变化，将实测数据与模拟数据进行对比，分析其差异及原因和影响因素，找到Y‑TZP和ZTA在烧结过程中存在的介电损耗急剧增加的临界温度，然后将制备好的Y‑TZP和ZTA试样进行微波‑常规烧结；其工艺简单，操作方便，原理科学，材料受热均匀，加热时间短，能耗少，便于结构陶瓷的工业化生产。

主权项

一种微波‑常规烧结结构陶瓷的方法，其特征在于具体过程为：(1)介电性能突变数值确定：采用现有电磁仿真技术设备对准备制备试样的Y‑TZP和ZTA材料进行电磁场模拟仿真分析，确定分析过程中试样的位置和大小，并根据电磁场仿真结果以及材料的性质、大小和形状采用美国ANSYS公司的Ephysics软件进行温度场随介电性能变化的模拟分析，得到微波烧结Y‑TZP和ZTA材料时烧结腔内的温度场的分布规律，描述出在材料介电性能变化条件下试样内的温度场分布曲线或表格，确定微波烧结陶瓷材料时烧结腔内的试样上的温度随材料介电性能突变的数据；(2)试样制备：采用等静压成型方法成型出致密度和密度分布均匀的Y‑TZP和ZTA试样，其中ZTA的组成为80wt％Al2O3+20wt％ZrO2，Al2O3、ZrO2均为工业纯；Y‑TZP选用化学共沉淀法生产的含2.7mol％Y2O3的超细粉，将ZTA、Y—TZP分别预压成形，经200MPa的等静压得到Y‑TZP和ZTA试样；(3)临界温度确定：在微波加热状态下，通过现有的微波反射装置测定不同温度时Y‑TZP、ZTA试样的介电性能变化状况，对试样在烧结过程中温度场的分布进行数据分析，将实际测试的数据与步骤(1)模拟分析的数据进行对比，分析其差异及原因和影响因素，得到烧结Y‑TZP、ZTA试样的临界温度；(4)结构陶瓷烧结：将制备好的Y‑TZP和ZTA试样，在微波‑常规混合加热高温推板窑中从室温到1450℃进行烧结，用红外测温和红外热成像技术监测烧结过程中试样的温度和形状尺寸的变化，在临界温度时进行由常规烧结转换为微波烧结方式，用电镜和X射线衍射仪器对烧结后的试样进行分析，得到试样的不同烧结温度和几何尺寸对微波介电性能参数的影响曲线或表格，得出介电常数ε、损耗角正切tgδ随温度变化规律和函数关系，确认介电性能并建立数据库，实现结构陶瓷的微波‑常规烧结。