本發(fā)明屬于zta陶瓷材料，具體涉及一種滲碳zta陶瓷材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、zta陶瓷具有良好的高溫機(jī)械強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量、高抗彎強(qiáng)度、高斷裂韌性、抗熱震性、耐磨、抗氧化和抗腐蝕等性能，可用作高效燃?xì)鉁u輪機(jī)、航空航天汽車部件、耐腐蝕涂料、陶瓷管塞、切割刀片、密封閥門、盔甲、模具以及金屬鏈接部件等結(jié)構(gòu)陶瓷；具有低導(dǎo)熱率、高絕緣性、熱膨脹系數(shù)良好、特殊光學(xué)特性和良好的生物相容性等，可用于電絕緣體、假肢、壓電陶瓷、牙科陶瓷、陶瓷薄膜、高效過濾、反滲透、氣體分離和催化等功能陶瓷領(lǐng)域。

2、在常規(guī)制備工藝中，zta陶瓷往往使用馬弗爐，在空氣氣氛下燒結(jié)而成。但氧化鋯的相變增韌的效果會受到穩(wěn)定劑的添加量的影響。通常釔穩(wěn)定型的氧化鋯，當(dāng)釔含量增加到5%以上時，在制備過程中極易導(dǎo)致c-zro2的出現(xiàn)，導(dǎo)致氧化鋯的穩(wěn)定性變差。所以釔對于氧化鋯的穩(wěn)定作用也是有限。

3、滲碳技術(shù)是表面處理的一種熱處理工藝，方法是將工件置入具有活性滲碳介質(zhì)中，加熱到一定溫度并保溫足夠時間后，使?jié)B碳介質(zhì)中分散出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，芯部仍保持原有成分。按照含碳介質(zhì)的不同，滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳、液體滲碳和碳氮共滲。常用的是固體滲碳。

4、現(xiàn)有關(guān)于陶瓷滲碳的專利申請201410026240.9，其公開了一種氧化鋯基陶瓷與金屬的連接件及其連接方法，其描述了相應(yīng)的滲碳工藝，但其側(cè)重于碳蒸汽滲入到晶胞及晶胞間隙中。而本專利是碳原子在預(yù)燒的陶瓷中的遷移來實(shí)現(xiàn)碳原子的滲入，一部分作用在氧化鋯晶格中，對氧化鋯的高溫相起到穩(wěn)定的作用，使其穩(wěn)定的四方相可以更好地保留到室溫，避免向單斜相轉(zhuǎn)化，增加其體積變化，進(jìn)而避免陶瓷中裂紋等缺陷的生成。而另一部分則停留在陶瓷顆粒的晶界處，可以避免陶瓷裂紋擴(kuò)展等異?，F(xiàn)象的產(chǎn)生。而且該專利對于滲碳的工件不涉及預(yù)熱處理，其僅是為了提高陶瓷連接件與鎳基合金的潤濕性，而本申請是為了提高陶瓷材料的斷裂強(qiáng)度和耐磨性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對陶瓷材料斷裂強(qiáng)度在現(xiàn)有技術(shù)制備條件下已無法得到較大程度提升的這一缺陷，而提供一種滲碳zta陶瓷材料的制備方法，采用該方法制備的zta陶瓷材料斷裂強(qiáng)度高。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下：一種滲碳zta陶瓷材料的制備方法，其包括制備步驟如下：

3、1）zta陶瓷胚件的制備

4、粉末混合：采用聲共振技術(shù)將氧化鋁粉、釔穩(wěn)定氧化鋯粉、分散劑與水混合均勻，得到混合漿料；

5、所述聲共振技術(shù)，其加速度為80g，混合時間為10～15min，使用粒徑為0.3～1.4mm的氧化鋯球作為輔助混合介質(zhì)；

6、粉末造粒：將分散后的混合漿料采用篩網(wǎng)進(jìn)行過濾，然后依次加入粘結(jié)劑和脫模劑，通過造粒塔進(jìn)行造粒。

7、干壓成型：制得的造粒粉體經(jīng)干壓成型，制得陶瓷素坯；

8、預(yù)燒：將陶瓷素坯放入馬弗爐中預(yù)燒，制得zta陶瓷胚件；

9、2）滲碳熱處理

10、在氧化鋁坩堝底部鋪上一層石墨，然后將步驟1）預(yù)燒后的zta陶瓷胚件放在墊好石墨的坩堝中，然后再放入另一層石墨蓋住zta陶瓷胚件，蓋上坩堝蓋，放入爐子中進(jìn)行熱處理，制得zta陶瓷件；所述熱處理，其燒結(jié)溫度為1450～1550℃，保溫時間為4h～6h，升溫速率為2～18℃/min；

11、3）熱等靜壓處理

12、將步驟2）滲碳完成后的zta陶瓷件進(jìn)行超聲清洗，干燥后放入hip燒結(jié)爐中，進(jìn)行熱等靜壓處理；

13、按重量份數(shù)計(jì)，所述氧化鋁粉70～96份，釔穩(wěn)定氧化鋯粉4～30份，分散劑1～10份，氧化鋁粉和釔穩(wěn)定氧化鋯粉的重量之和與水的質(zhì)量比為1：（1～2）；粘結(jié)劑2～3份、脫模劑0.5～1份；所述分散劑為聚丙烯酸銨、或聚甲基丙烯酸銨，所述粘結(jié)劑為丙烯酸銨或丙烯酸銨鹽，所述脫模劑為植物油。

14、優(yōu)選的，本發(fā)明所述氧化鋁粉，粒徑為100～400nm，純度99.99%；所述釔穩(wěn)定氧化鋯粉，粒徑為30～40nm，純度99.9%。

15、優(yōu)選的，本發(fā)明所述篩網(wǎng)，其目數(shù)為200～325目；所述干壓成型，其干壓壓力為1.1～2.3mpa；所述預(yù)燒，其預(yù)燒溫度為800～1300℃，升溫速率為1.5～15℃/min，保溫時間為30～60min。

16、優(yōu)選的，本發(fā)明所述熱等靜壓處理，所述熱等靜壓處理，具體工藝為：升溫速率為5～10℃/min，保壓壓力為100～200mpa，最高溫度為1350℃～1400℃，保溫時間為1～3h。

17、優(yōu)選的，本發(fā)明所述zta陶瓷胚件的直徑為2.8mm，長度為12mm。

18、優(yōu)選的，本發(fā)明所述石墨是質(zhì)量百分含量99.9%的高純度石墨粉，目數(shù)為100目。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于：

20、1）常規(guī)色zta陶瓷材料斷裂強(qiáng)度均值為1091.4mpa，使用本發(fā)明方法后的陶瓷材料斷裂強(qiáng)度均值為1349.8mpa，陶瓷材料的斷裂強(qiáng)度提高了約20%，在實(shí)際磨損測試中，優(yōu)點(diǎn)也比較顯著。

21、2）本發(fā)明的滲碳zta陶瓷材料，是經(jīng)過1200℃預(yù)燒的產(chǎn)品，保留了孔隙率并且給予了胚件一定的強(qiáng)度。在原理上，本發(fā)明是碳原子在預(yù)燒的陶瓷中的遷移來實(shí)現(xiàn)碳原子的滲入，一部分作用在氧化鋯晶格中，對氧化鋯的高溫相起到穩(wěn)定的作用，使其穩(wěn)定的四方相可以更好地保留到室溫，避免向單斜相轉(zhuǎn)化，增加其體積變化，進(jìn)而避免陶瓷中裂紋等缺陷的生成。而另一部分則停留在陶瓷顆粒的晶界處，可以避免陶瓷裂紋擴(kuò)展等異?，F(xiàn)象的產(chǎn)生。

技術(shù)特征：

1.一種滲碳zta陶瓷材料的制備方法，其特征在于：包括制備步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述氧化鋁粉，粒徑為100～400nm，純度99.99%；所述釔穩(wěn)定氧化鋯粉，粒徑為30～40nm，純度99.9%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述篩網(wǎng)，其目數(shù)為200～325目；所述干壓成型，其干壓壓力為1.1～2.3mpa；所述預(yù)燒，其預(yù)燒溫度為1100～1300℃，升溫速率為1.5～15℃/min，保溫時間為30～60min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述熱等靜壓處理，具體工藝為：升溫速率為5～10℃/min，保壓壓力為100～200mpa，最高溫度為1350℃～1400℃，保溫時間為1～3h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述zta陶瓷胚件的直徑為2.8mm，長度為12mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述石墨是質(zhì)量百分含量99.9%的高純度石墨粉，目數(shù)為100目。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于ZTA陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種滲碳ZTA陶瓷材料的制備方法。該方法包括：1）ZTA陶瓷胚件的制備；2）滲碳熱處理；3）熱等靜壓處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的滲碳ZTA陶瓷材料，是經(jīng)過1200℃預(yù)燒的產(chǎn)品，保留了孔隙率并且給予了胚件一定的強(qiáng)度。本發(fā)明是碳原子在預(yù)燒的陶瓷中的遷移來實(shí)現(xiàn)碳原子的滲入，一部分作用在氧化鋯晶格中，對氧化鋯的高溫相起到穩(wěn)定的作用，使其穩(wěn)定的四方相可以更好地保留到室溫，避免向單斜相轉(zhuǎn)化，增加其體積變化，進(jìn)而避免陶瓷中裂紋等缺陷的生成。而另一部分則停留在陶瓷顆粒的晶界處，可以避免陶瓷裂紋擴(kuò)展等異?，F(xiàn)象的產(chǎn)生。

技術(shù)研發(fā)人員：洪從葉,龐吉宏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州芯合半導(dǎo)體材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10