本發(fā)明涉及陶瓷復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種耐磨ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷由于具有高的強韌性、一定的硬度、耐磨性、熱膨脹系數(shù)可調(diào)，可用作高鉻鑄鐵、合金鋼、球墨鑄鐵增強體，對于大塊狀表面光滑的陶瓷，由于傳統(tǒng)增強相與金屬基體的結(jié)合性差等原因，在復(fù)合材料制備及應(yīng)用過程中陶瓷出現(xiàn)裂紋及剝落影響復(fù)合材料的使用性能。因此制備表面粗糙、一定粒度大小、具有高抗磨性的陶瓷顆粒并應(yīng)用于鋼鐵基復(fù)合材料增強體意義重大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種表面粗糙、高抗磨性用于制備鋼鐵基復(fù)合材料增強體的ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒及其制備方法和應(yīng)用。

為達上述目的，本發(fā)明提供一種耐磨ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒，其成分重量百分比組成為：10-90％的穩(wěn)定ZrO₂以及10-90％的Al₂O₃；

其中穩(wěn)定ZrO₂包含選自MgO₂、TiO₂、Y₂O₃中的一種或兩種以上任意比例混合的穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑含量不超過ZrO₂重量的5％；

所述ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒為0.5-7mm粒徑的表面粗糙的復(fù)相陶瓷顆粒。

本發(fā)明還提供一種制備所述的耐磨ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒的方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒成分要求將穩(wěn)定ZrO₂和Al₂O₃粉末放入電爐中熔融，所述穩(wěn)定ZrO₂和Al₂O₃粉末用量重量百分比分別為穩(wěn)定ZrO₂10-90％以及Al₂O₃10-90％；

(2)、將熔融ZrO₂-Al₂O₃熔體倒入帶斜坡的流槽中，同時通水冷卻制成陶瓷顆粒，過篩，獲得0.5-7mm的表面粗糙的復(fù)相陶瓷顆粒。

進一步的，作為優(yōu)選還包括將步驟(2)制得的復(fù)相陶瓷顆粒進行熱處理及空冷的步驟。

進一步的，作為優(yōu)選熱處理及空冷包括以下步驟：

將0.5-7mm的復(fù)相陶瓷顆粒放入電爐中加熱升溫至1200-1300℃，保溫1-2小時，冷卻到500-600℃出爐空冷。

進一步的，作為優(yōu)選將0.5-7mm的復(fù)相陶瓷顆粒放入電爐中加熱升溫的升溫速度＜60℃/h，保溫后冷卻速度＜100℃/h。

進一步的，作為優(yōu)選所述步驟(1)中熔融溫度2000-2100℃。

進一步的，作為優(yōu)選所述步驟(2)中通水冷卻制成陶瓷顆粒過程中用水量重量百分比不少于ZrO₂-Al₂O₃熔體的10倍。

本發(fā)明還提供所述耐磨ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒在制備ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒增強體增強高鉻鑄鐵基抗磨復(fù)合材料的應(yīng)用，作為優(yōu)選采用重力澆鑄的方法與高鉻鑄鐵復(fù)合，ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒與高鉻鑄鐵體積比小于1:1。

本發(fā)明還提供所述耐磨ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒在制備ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒增強體增強合金鋼基抗磨復(fù)合材料的應(yīng)用，作為優(yōu)選采用重力澆鑄的方法與合金鋼復(fù)合，ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒與合金鋼體積比小于1:1。

本發(fā)明還提供所述耐磨ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒在制備ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒增強體增強球墨鑄鐵基抗磨復(fù)合材料的應(yīng)用，作為優(yōu)選采用重力澆鑄的方法與球墨鑄鐵復(fù)合，ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒與球墨鑄鐵體積比小于1:1。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明取得了如下技術(shù)效果：

本發(fā)明采用電熔融、水冷制備表面粗糙、一定粒度大小ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒，生產(chǎn)效率高，性能穩(wěn)定；ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒經(jīng)熱處理并控制冷卻速度便于ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒獲得更多的四方相，提高ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒韌性。因此通過電熔融、水冷、熱處理及控制冷卻速度即可得到表面粗糙、一定粒度大小、具有高抗磨性的陶瓷顆粒并應(yīng)用于鋼鐵基復(fù)合材料增強體的ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒。

綜上所述，采用本發(fā)明制備的陶瓷顆粒具有如下優(yōu)點：

1、復(fù)相陶瓷顆粒斷裂韌性≥6J/cm²，硬度＞HV1300；

2、作為增強材料與高鉻鑄鐵、合金鋼、球墨鑄鐵復(fù)合結(jié)合良好，其復(fù)合材料耐磨性是其對應(yīng)基體的3-6倍。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1制備的ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒；

圖2為本發(fā)明實施例1制備的ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒X衍射圖；

圖3為為本發(fā)明實施例1制備ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒增強鋼鐵基復(fù)合材料顯微照片。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細(xì)的說明。

實施例1

按ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷重量百分比75％穩(wěn)定ZrO₂(穩(wěn)定ZrO₂中含其質(zhì)量百分比4％的MgO₂)和25％Al₂O₃成分要求，將原料放入電爐中熔融，熔融溫度2010℃；將熔融的ZrO₂-Al₂O₃熔體倒入帶斜坡的流槽中，同時通水冷卻制成陶瓷顆粒，通水冷卻制成陶瓷顆粒過程中用水量重量百分比為ZrO₂-Al₂O₃熔體的11倍，過篩，獲得1mm的表面粗糙的復(fù)相陶瓷顆粒；將1mm的復(fù)相陶瓷顆粒放入電爐中加熱，升溫速度50℃/h，升溫至1210℃，保溫1.5小時，冷卻速度80℃/h，冷卻到530℃出爐空冷，斷裂韌性8.7J/cm²，硬度HV1310。圖1為本實施例1制備的ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒；圖2為本實施例1制備的ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒X衍射圖；

將制得的ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒通過重力澆鑄的方法與高鉻鑄鐵(陶瓷顆粒與高鉻鑄鐵體積比為1:1)復(fù)合制得高鉻鑄鐵基結(jié)合良好的抗磨復(fù)合材料如圖3所示的顯微照片，其復(fù)合材料抗磨性是高鉻鑄鐵基體的5倍。

實施例2

按ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷重量百分比45％穩(wěn)定ZrO₂(穩(wěn)定ZrO₂中含其質(zhì)量百分比4.5％的TiO₂)和55％Al₂O₃成分要求，將原料放入電爐中熔融，熔融溫度2030℃；將熔融的ZrO₂-Al₂O₃熔體倒入帶斜坡的流槽中，同時通水冷卻制成陶瓷顆粒，通水冷卻制成陶瓷顆粒過程中用水量重量百分比為ZrO₂-Al₂O₃熔體的12倍，過篩，獲得3mm的表面粗糙的復(fù)相陶瓷顆粒；將3mm的復(fù)相陶瓷顆粒放入電爐中加熱，升溫速度54℃/h，升溫至1230℃，保溫1.5小時，冷卻速度85℃/h，冷卻到550℃出爐空冷，斷裂韌性7.1J/cm²，硬度HV1380。將制得的ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒通過重力澆鑄的方法與高錳鋼(陶瓷顆粒與高錳鋼體積比為1:1)復(fù)合制得高錳鋼基結(jié)合良好的抗磨復(fù)合材料，其復(fù)合材料抗磨性是高錳鋼基體的4倍。

實施例3

按ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷重量百分比15％穩(wěn)定ZrO₂(穩(wěn)定ZrO₂中含其質(zhì)量百分比Y₂O₃)和85％Al₂O₃成分要求，將原料放入電爐中熔融，熔融溫度2050℃；將熔融ZrO₂-Al₂O₃熔體倒入帶斜坡的流槽中，同時通水冷卻制成陶瓷顆粒，通水冷卻制成陶瓷顆粒過程中用水量重量百分比為ZrO₂-Al₂O₃熔體的13倍，過篩，獲得5mm的表面粗糙的復(fù)相陶瓷顆粒；將5mm的復(fù)相陶瓷顆粒放入電爐中加熱，升溫速度58℃/h，升溫至1250℃，保溫1.5小時，冷卻速度90℃/h，冷卻到570℃出爐空冷，斷裂韌性6.2J/cm²，硬度HV1470。將制得的ZrO₂-Al₂O₃復(fù)相陶瓷顆粒通過重力澆鑄的方法與球墨鑄鐵(陶瓷顆粒與球墨鑄鐵體積比為1:2)復(fù)合制得球墨鑄鐵基結(jié)合良好的抗磨復(fù)合材料，其復(fù)合材料抗磨性是球墨鑄鐵基體的4.5倍。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。