本發(fā)明屬于材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)：

導(dǎo)電陶瓷材料是指陶瓷材料中具備離子導(dǎo)電、電子/空穴導(dǎo)電的一種新型功能材料，導(dǎo)電陶瓷材料是從20世紀(jì)初期發(fā)展起來(lái)的,尤其是近十年來(lái),關(guān)于新型導(dǎo)電陶瓷開發(fā)、傳統(tǒng)導(dǎo)電陶瓷的改性、陶瓷材料與器件的一體化研究與應(yīng)用等方面的研究很多。導(dǎo)電陶瓷具有抗氧化、抗腐蝕、抗輻射、耐高溫和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于固體燃料電極、氣動(dòng)元件、高溫加熱體、固定電阻器、高臨界溫度超導(dǎo)材料等方面，是一種應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)潛力巨大的新型材料。

中國(guó)專利201610736181.3提供了一種碳化硼-氧化鋯復(fù)合的陶瓷噴嘴的制備方法，所述噴頭由以下重量份的材料組成：納米碳化硼400-450份、氧化鋯230-335份、聚苯硫醚10-15份、氧化鉬2-4份、鋁鎂尖晶石4-8份、金紅石5-8份、冰晶石1-2份、硫酸鈷0.1-0.3份、鉀長(zhǎng)石3-4份、白云石4-6份、陶紅泥7-11份、硝酸鉀1-2份、氧化鍺3-4份、氟硼酸鈉2-4份、氮化鋁3-5份、二硅化鉬4-5份、高嶺土2-3份、火山灰1-3份、石灰石1-2份、滑石2-5份、莫來(lái)石4-8份、硅油1-2份、聚苯硫醚11-14份、草木灰0.5-0.7份、玻璃纖維0.3-0.5份、酯化果膠液2-6份。該發(fā)明制得的陶瓷噴嘴具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、耐化學(xué)藥品性、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。

中國(guó)專利201110059796.4提供了一種10b二硼化鋯及其制備方法。將二氧化鋯或脫鉿二氧化鋯70-75份，10b豐度25-99%（at）的碳化硼19-22份，高純石墨粉5-9份，以無(wú)水乙醇作分散劑，使用氧化鋯球磨混合2-5小時(shí)。將乙醇混合粉料在100℃下，使乙醇全部蒸發(fā)。將混合粉料加入感應(yīng)爐的石墨坩堝中，充入氬氣保護(hù)，升溫至1350-1450℃，保溫60分鐘；而后，繼續(xù)升溫至1750-1850℃，保持60-120分鐘后，停止加熱。所制備的10b二硼化鋯中zrb2的含量大于98%，三氧化二硼含量小于0.3%，游離硼小于1.3%，游離碳<1%，粒度d50≤10μm，10b豐度為25-99%（at）。

中國(guó)專利200310109724.1提供了一種高強(qiáng)炭/陶復(fù)合材料的制備方法是將碳化硼和氧化鋯按0.13-0.38∶1的質(zhì)量比依次加入熔融瀝青中，機(jī)械攪拌、冷卻、破碎得改性瀝青，將改性瀝青和焦粉機(jī)械混合后；在熱壓機(jī)上一次熱壓成型。該發(fā)明具有機(jī)械強(qiáng)度高，垂直壓制方向的最高抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到135mpa和190mpa，抗燒蝕性能好的優(yōu)點(diǎn)。

中國(guó)專利201310672562.6提供了一種高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料的制備方法，其特征在于，按重量百分比包括以下組分：納米zro2=2.5-5份、亞微米al2o3=40-45份、納米tic=30-40份、納米bn=0.5-4份以及納米b4c=1-4份，余量為納米mgo。本發(fā)明高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料采用其納米或亞微米級(jí)材料，復(fù)合添加納米碳化鈦（tic）、納米氮化硼（bn）和納米碳化硼（b4c）得到高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料，將上述材料與氧化鋯和氧化鋁復(fù)合得到的陶瓷材料，該發(fā)明的這種納米復(fù)合陶瓷材料具有高硬度、高強(qiáng)度、高斷裂韌度及耐高溫等優(yōu)良性能，適合陶瓷工藝中要求高性能的產(chǎn)品的制造加工，特別適用于制作加工高強(qiáng)度的刀具。

現(xiàn)有氧化鋯導(dǎo)電陶瓷技術(shù)配比復(fù)雜，工藝過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，不能用于特種功能件的生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)配比復(fù)雜，無(wú)法滿足精密導(dǎo)電陶瓷生產(chǎn)用途，本發(fā)明提供了一種全新的高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷及其制備方法。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供高純釔穩(wěn)定氧化鋯與高純碳化硼復(fù)合的導(dǎo)電陶瓷制備方法，采用納米級(jí)釔穩(wěn)定氧化鋯粉與納米級(jí)碳化硼粉用高能球磨的辦法對(duì)粉末進(jìn)行混合與機(jī)械合金化，然后通過(guò)離心噴霧造粒的方法進(jìn)行造粒，通過(guò)冷等靜壓壓制成型，最后通過(guò)熱等靜壓燒結(jié)的方法制成，本發(fā)明具有高致密高強(qiáng)度導(dǎo)電性好的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明不僅工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，收率高，能耗低，生產(chǎn)效率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)，而且能夠獲得質(zhì)量穩(wěn)定、晶粒細(xì)小可控的氧化鋯導(dǎo)電陶瓷，本發(fā)明過(guò)程無(wú)壞境污染，是一種新型的低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的制備方法。

本發(fā)明所述的高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷相對(duì)密度為99%~100%，主元素純度為99.9%~99.999%，抗彎強(qiáng)度為1000~1600mpa，電阻率為0.01~1000歐姆·厘米，晶粒尺寸為0.5~20微米，維氏硬度為hv1200~2000。

優(yōu)選地，所述的高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的相對(duì)密度為99.5%~100%。

優(yōu)選地，所述的高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的主元素純度為99.99%~99.999%。

優(yōu)選地，所述的高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的抗彎強(qiáng)度為1200~1600mpa。

優(yōu)選地，所述的高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的電阻率為1~100歐姆·厘米。

優(yōu)選地，所述的高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的晶粒尺寸為1~5微米。

本發(fā)明所述的高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的主元素為氧化鋯、氧化釔及碳化硼三種，所述的主元素純度為三種主元素重量與總重量的重量百分比。

為了達(dá)到上述使用要求，本發(fā)明使用的技術(shù)方案為高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的制備方法，所述方法的具體步驟如下。

（1）按一定的比例稱取納米級(jí)的釔穩(wěn)定氧化鋯粉與碳化硼粉，將兩種納米粉放入球磨罐中，用高能球磨機(jī)進(jìn)行高能球磨處理。

（2）在步驟（1）中球磨好的混合粉中放入粘結(jié)劑、分散劑與去離子水，繼續(xù)球磨，獲得混合粉體漿料。

（3）將步驟（2）中獲得混合粉體漿料放入離心噴霧造粒機(jī)中進(jìn)行造粒處理。

（4）將步驟（3）中獲得的造粒粉放入冷等靜壓膠套中進(jìn)行冷等靜壓處理。

（5）將步驟（4）中獲得冷等靜壓坯料放入鋼包套中，制成熱等靜壓用包套。

（6）將步驟（5）中獲得的熱等靜壓包套進(jìn)行脫脂脫氣處理。

（7）將步驟（6）中獲得的脫氣后的包套放入熱等靜壓機(jī)中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理。

（8）將步驟（7）中熱等靜壓燒結(jié)完畢的陶瓷錠取出，并去除包套，即得高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷。

（9）測(cè)量步驟（8）中氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的密度、純度、電阻率、晶粒尺寸、抗彎強(qiáng)度及硬度。

本發(fā)明為高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷及其制備方法，為了讓本發(fā)明有效，需要對(duì)上述步驟進(jìn)行細(xì)化，具體細(xì)化參數(shù)如下。

步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉中氧化釔的摩爾百分比為3~10%。

步驟（1）中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的重量百分比為50%~100%，余量為碳化硼。

步驟（1）中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的一次粒徑為1~100納米。

步驟（1）中，所述的碳化硼粉的一次粒徑為1~100納米。

步驟（1）中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的純度為99.9~99.999%。

步驟（1）中，所述的碳化硼粉的純度為99.9~99.999%。

步驟（1）中，所述的混合粉球磨時(shí)間為2~12小時(shí)。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉中氧化釔的摩爾百分比為3~5%。。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的重量百分比為50%~60%，余量為碳化硼。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉一次粒徑為10~40納米。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的碳化硼粉一次粒徑為10~40納米。

優(yōu)選地，步驟（1）中，所述的混合粉的球磨時(shí)間為4~8小時(shí)。

步驟（2）中，選用的粘結(jié)劑包含聚乙烯醇、聚氯乙烯中的至少一種。

步驟（2）中，選用的分散劑為乙醇、正丁醇、聚乙二醇中的至少一種。

步驟（2）中，所述的混合漿料球磨時(shí)間為2~12小時(shí)。

優(yōu)選地，步驟（2）中，選用的粘結(jié)劑為聚乙烯醇。

優(yōu)選地，步驟（2）中，選用的分散劑為聚乙二醇。

步驟（3）中，所述的造粒粉粒徑為d50為50~200微米。

步驟（4）中，所述的冷等靜壓膠套材料為聚氨酯、黑橡膠中的一種。

步驟（4）中，所述的冷等靜壓處理壓力為200~500mpa，保壓時(shí)間為5~30分鐘。

優(yōu)選地，步驟（4）中，選用的冷等靜壓膠套材料為聚氨酯。

優(yōu)選地，步驟（4）中，選用的冷等靜壓處理壓力為300~400mpa，保壓時(shí)間為10~15分鐘。

步驟（5）中，所述的熱等靜壓包套采用氬弧焊進(jìn)行焊接。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第一階段脫氣處理，第二階段脫脂處理及第三階段脫氣處理。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第一階段脫氣處理參數(shù)為溫度100~300度，處理時(shí)間2~24小時(shí)，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第二階段脫脂處理參數(shù)為溫度400~1000度，處理時(shí)間2~48小時(shí)，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第三階段脫氣處理參數(shù)為溫度100~300度，處理時(shí)間2~24小時(shí)，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-3~5.0×10^-3pa。

優(yōu)選地，步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第一階段脫氣處理參數(shù)為溫度200~300度，處理時(shí)間12~24小時(shí)，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

優(yōu)選地，步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第二階段脫脂處理參數(shù)為溫度400~800度，處理時(shí)間12~24小時(shí)，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

優(yōu)選地，步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第三階段脫氣處理參數(shù)為溫度200~300度，處理時(shí)間12~24小時(shí)，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-3~5.0×10^-3pa。

步驟（7）中，所述的熱等靜壓燒結(jié)工藝為燒結(jié)壓力100~170mpa，燒結(jié)溫度為1000~1400℃，燒結(jié)時(shí)間為2~10小時(shí)。

優(yōu)選地，步驟（7）中，所述的熱等靜壓燒結(jié)工藝為燒結(jié)壓力140~170mpa，燒結(jié)溫度為1100~1300℃，燒結(jié)時(shí)間為2~4小時(shí)。

步驟（9）中，所述的密度測(cè)量?jī)x器為阿基米德排水法固體密度檢測(cè)儀。

步驟（9）中，所述的純度檢測(cè)儀器為電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀。

步驟（9）中，所述的電阻率測(cè)量?jī)x器為四點(diǎn)探針表面電阻測(cè)試儀。

步驟（9）中，所述的晶粒尺寸測(cè)量?jī)x器為掃描電子顯微鏡。

步驟（9）中，所述的抗彎強(qiáng)度測(cè)量?jī)x器為三點(diǎn)彎曲測(cè)量試驗(yàn)機(jī)。

步驟（9）中，所述的硬度測(cè)量?jī)x器為維氏硬度計(jì)。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的相對(duì)密度為99~100%。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的純度為99.9~99.999%。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的電阻率為0.01~1000歐姆·厘米。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的晶粒尺寸為0.5~20微米。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的抗彎強(qiáng)度為1200~1600mpa。

步驟（9）中，所述的氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的硬度為hv1200~2000。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷及其制備方法，具體實(shí)施步驟如下。

（1）選用氧化釔摩爾百分比為3%的釔穩(wěn)定氧化鋯粉，按重量比釔穩(wěn)定氧化鋯粉：碳化硼粉=6:4稱取納米級(jí)的釔穩(wěn)定氧化鋯粉與碳化硼粉，釔穩(wěn)定氧化鋯粉的一次粒徑為21納米，碳化硼粉的一次粒徑為35納米，釔穩(wěn)定氧化鋯粉的純度為99.99%，碳化硼粉的純度為99.99%，將兩種納米粉放入球磨罐中，用高能球磨機(jī)進(jìn)行高能球磨處理8小時(shí)。

（2）在步驟（1）中球磨好的混合粉中放入聚乙烯醇、聚乙二醇與去離子水，繼續(xù)球磨4小時(shí)，獲得混合粉體漿料。

（3）將步驟（2）中獲得混合粉體漿料放入離心噴霧造粒機(jī)中進(jìn)行造粒成為d50=87微米的造粒粉。

（4）將步驟（3）中獲得的造粒粉放入聚氨酯冷等靜壓膠套中進(jìn)行冷等靜壓處理，處理壓力為350mpa，保壓時(shí)間為10分鐘。

（5）將步驟（4）中獲得冷等靜壓坯料放入鋼包套中，用氬弧焊焊接制成熱等靜壓用包套。

（6）將步驟（5）中獲得的熱等靜壓包套進(jìn)行脫脂脫氣處理，第一階段脫氣處理參數(shù)為溫度240度，處理時(shí)間12小時(shí)，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa，第二階段脫脂處理參數(shù)為溫度600度，處理時(shí)間18小時(shí)，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa，第三階段脫氣處理參數(shù)為溫度,240度，處理時(shí)間12小時(shí)，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-3~5.0×10^-3pa。

（7）將步驟（6）中獲得的脫氣后的包套放入熱等靜壓機(jī)中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理，熱等靜壓燒結(jié)工藝為燒結(jié)壓力160mpa，燒結(jié)溫度為1250℃，燒結(jié)時(shí)間為4小時(shí)。

（8）將步驟（7）中熱等靜壓燒結(jié)完畢的陶瓷錠取出，并去除包套，即得高致密高強(qiáng)度氧化鋯導(dǎo)電陶瓷。

（9）測(cè)量步驟（8）中氧化鋯導(dǎo)電陶瓷的相對(duì)密度為99.8%，純度為99.9784%，電阻率為59歐姆?厘米，晶粒大小為2.4微米，抗彎強(qiáng)度為1307mpa，硬度為hv1290。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。