本發(fā)明屬于材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)：

自潤(rùn)滑技術(shù)的研究趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)環(huán)境污染、耐磨壽命長(zhǎng)、低摩擦、自修復(fù)的固體潤(rùn)滑材料在電子、生物、通訊、航天及航空等高科技領(lǐng)域應(yīng)用的越來(lái)越廣泛。固體自潤(rùn)滑材料作為潤(rùn)滑領(lǐng)域最具有前景的發(fā)展方向備受世人關(guān)注，未來(lái)的研究主要集中在自潤(rùn)滑材料的理論研究、新型固體自潤(rùn)滑材料的研究、新型的自潤(rùn)滑方式的研究、新的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。陶瓷在高溫下具有非常優(yōu)異的力學(xué)性能，非常適合在高溫下應(yīng)用。在眾多結(jié)構(gòu)陶瓷中，氧化鋯陶瓷因具有相變?cè)鲰g效應(yīng)而引起了越來(lái)越多的關(guān)注，具有廣泛的應(yīng)用前景。zro2陶瓷屬于新型陶瓷，具有十分優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，不僅在科研領(lǐng)域已經(jīng)成為熱點(diǎn)，而且在工業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛應(yīng)用，是耐火材料、高溫結(jié)構(gòu)材料和電子材料的重要原料。而且，zro2的高溫?zé)岱€(wěn)定性、隔熱性能最好，最適宜做陶瓷涂層和高溫耐磨材料。但是摩擦因數(shù)過(guò)高的缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了氧化鋯陶瓷的應(yīng)用，隨著氧化鋯陶瓷材料研究的不斷深入，自潤(rùn)滑材料研究顯得很有必要。以氧化鋯為抗磨基體，復(fù)配固體潤(rùn)滑劑來(lái)制備自潤(rùn)滑復(fù)合陶瓷被視為一種解決高溫下材料潤(rùn)滑重要的途徑，雖然目前國(guó)內(nèi)外對(duì)氧化鋯陶瓷材料已有初步研究，但對(duì)其自潤(rùn)滑陶瓷的系統(tǒng)研究還處在早期階段，而隨著現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，鑒于宇航、能源和機(jī)械等領(lǐng)域迫切要求研發(fā)溫度適用性更為廣泛的高溫自潤(rùn)滑材料。

中國(guó)專利200710077310.3提供了一種自帶石墨潤(rùn)滑粉氧化鋯陶瓷，該陶瓷表面的石墨濃度比內(nèi)部高。同時(shí)提供一種自帶石墨潤(rùn)滑粉氧化鋯陶瓷的滑動(dòng)軸承，該軸承包括軸芯和軸套，該軸套中心有一個(gè)支撐軸芯轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)孔。還提供一種自帶石墨潤(rùn)滑粉氧化鋯陶瓷的制造方法，其包括以下步驟：燒結(jié)獲得普通氧化鋯陶瓷，普通氧化鋯陶瓷吸附石墨潤(rùn)滑劑粉末。

中國(guó)專利95121439.x提供了一種氧化鋯-石墨自潤(rùn)滑復(fù)合陶瓷材料。將納米zro2(y2o33%mol）陶瓷粉，通過(guò)添加一定量的石墨潤(rùn)滑劑和燒結(jié)助劑混料，經(jīng)預(yù)壓成型，在較低溫度下快速燒結(jié)，可獲得相對(duì)密度為97％的致密氧化鋯-石墨復(fù)合陶瓷材料，制得的復(fù)合陶瓷材料具有較高的硬度，在水潤(rùn)滑下表現(xiàn)出良好的減摩和抗磨性能。

中國(guó)專利201410590493.9提供了一種自潤(rùn)滑性噴嘴用陶瓷，由下列重量份的原料制成：石墨3-4、氟化石墨1-2、二硫化鉬1-2、玻璃微珠0.3-0.4、螢石4-6、硝酸鉀1-2、氟化鈉1-2、超細(xì)氧化鋯粉20-24、高嶺土65-70、正硅酸乙酯3-4、氫氧化鈉2-3、去離子水適量、乙醇適量、助劑4-6；該發(fā)明的陶瓷質(zhì)地細(xì)膩，氣孔少，不易粉化；通過(guò)添加石墨、氟化石墨，使得陶瓷具有自潤(rùn)滑性，可延長(zhǎng)噴嘴使用壽命；通過(guò)使用該發(fā)明的助劑，能夠增加陶瓷的表面光滑性、耐磨性和耐熱性。

中國(guó)專利201110327284.1提供了一種氧化鋁陶瓷自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法。材料由氧化鋁、氧化鋯和復(fù)合潤(rùn)滑劑制成，表層為氧化鋁層，間隔層為氧化鋁-氧化鋯層，材料以鋪層-冷壓-熱壓工藝制備。材料兼具優(yōu)異的力學(xué)和摩擦學(xué)性能，適應(yīng)溫度范圍寬(室溫～1000℃)，可用作極端苛刻環(huán)境(高溫、腐蝕、特殊氣氛等)下的潤(rùn)滑與密封材料。

中國(guó)專利201410630575.1提供了一種切削刀具用自潤(rùn)滑耐磨陶瓷，由下列重量份的原料制成：硫化鉍2-3、二乙醇胺2-3、硫酸銨2-3、氯化鎂2-3、電石泥2-3、氧化石墨烯2-3、koh0.6-0.8、聚氧乙烯蓖麻油0.2-0.3、氧化鎂3-4、硼化鈦36-40、納米三氧化鎢4-5、碳化鈦30-35、氧化鈹3-5、銀粉1-2、乙醇適量、去離子水適量、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、抗磨助劑4-5；該發(fā)明的陶瓷通過(guò)添加納米三氧化鎢，增加了陶瓷的耐高溫性能；該陶瓷具有耐高溫、承載能力大、自潤(rùn)滑、抗熱震性能及高耐磨等特點(diǎn)，適用于制作切削刀具；通過(guò)使用該發(fā)明的抗磨助劑，能夠增加陶瓷的耐磨性和耐熱性。

中國(guó)專利201210242669.2提供了一種固體自潤(rùn)滑高溫耐磨粉末組合物及其復(fù)合涂層的制備方法。按質(zhì)量百分比，該粉末組合物的成分包括：鎳14%～17.5%，鉻3%～3.5%，碳化鉻49%～52.5%和表面包覆鎳-磷合金的二硫化鎢25%～30%；采用激光熔覆技術(shù)將該粉末組合物制備成固體自潤(rùn)滑高溫耐磨復(fù)合涂層。該發(fā)明以nicr-cr3c2復(fù)合粉末為金屬基體，復(fù)合涂層由陶瓷耐磨相和金屬增韌相組成，ws2為固體潤(rùn)滑相，并在ws2粉末顆粒表面采用化學(xué)鍍的方法包覆一層微米級(jí)ni-p合金，增加ws2的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能有效抑制ws2在激光熔覆過(guò)程中的分解與蒸發(fā)，增加其與金屬基體的相容性，該復(fù)合材料涂層具有高溫自潤(rùn)滑耐磨的特性。

現(xiàn)有復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷技術(shù)配比復(fù)雜，工藝過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，多采用石墨潤(rùn)滑模式，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)法滿足精密自潤(rùn)滑陶瓷生產(chǎn)用途，本發(fā)明提供了一種全新的高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷及其制備方法。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)定氧化鋯與高純二硫化鎢復(fù)合的自潤(rùn)滑陶瓷制備方法，采用納米級(jí)釔穩(wěn)定氧化鋯粉與納米級(jí)二硫化鎢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)度潤(rùn)滑性好的優(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)小可控的氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷，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)定的高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的制備方法。

本發(fā)明所述的高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷相對(duì)密度為99%~100%，主元素純度為99.9%~99.999%，抗彎強(qiáng)度為1000~1600mpa，摩擦系數(shù)為0.03~0.2，晶粒尺寸為0.5~20微米，維氏硬度為hv1200~2000。

優(yōu)選地，所述的高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的相對(duì)密度為99.5%~100%。

優(yōu)選地，所述的高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的主元素純度為99.99%~99.999%。

優(yōu)選地，所述的高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的抗彎強(qiáng)度為1200~1600mpa。

優(yōu)選地，所述的高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的摩擦系數(shù)為0.05~0.15。

優(yōu)選地，所述的高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的晶粒尺寸為1~5微米。

本發(fā)明所述的高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的主元素為氧化鋯、氧化釔及二硫化鎢三種，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)方案為高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的制備方法，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)定氧化鋯粉與二硫化鎢粉，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，即得高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷。

（9）測(cè)量步驟（8）中氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的密度、純度、摩擦系數(shù)、晶粒尺寸、抗彎強(qiáng)度及硬度。

本發(fā)明為高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷及其制備方法，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80%~99.9%，余量為二硫化鎢。

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，所述的二硫化鎢粉的一次粒徑為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，所述的二硫化鎢粉的純度為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90%~99.9%，余量為二硫化鎢。

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，選用的二硫化鎢粉一次粒徑為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4~12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10~200微米。

優(yōu)選地，步驟（3）中，所述的造粒粉粒徑為d50為20~100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，所述的摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x器為摩擦系數(shù)檢測(cè)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，所述的氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的相對(duì)密度為99~100%。

步驟（9）中，所述的氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的純度為99.9~99.999%。

步驟（9）中，所述的氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的摩擦系數(shù)為0.03~0.2。

步驟（9）中，所述的氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的晶粒尺寸為0.5~20微米。

步驟（9）中，所述的氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的抗彎強(qiáng)度為1000~1600mpa。

步驟（9）中，所述的氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的硬度為hv1200~2000。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷及其制備方法，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：二硫化鎢粉=9:1稱取納米級(jí)的釔穩(wěn)定氧化鋯粉與二硫化鎢粉，釔穩(wěn)定氧化鋯粉的一次粒徑為40納米，二硫化鎢粉的一次粒徑為50納米，釔穩(wěn)定氧化鋯粉的純度為99.99%，二硫化鎢粉的純度為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8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=57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380mpa，保壓時(shí)間為12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260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580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260度，處理時(shí)間18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150mpa，燒結(jié)溫度為1150℃，燒結(jié)時(shí)間為5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，即得高純高強(qiáng)高韌氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷。

（9）測(cè)量步驟（8）中氧化鋯二硫化鎢復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷的相對(duì)密度為99.6%，純度為99.9691%，摩擦系數(shù)為0.08，晶粒大小為4.7微米，抗彎強(qiáng)度為1221mpa，硬度為hv1608。

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)。