一种力学性能好的陶瓷材料及其制备方法

一种力学性能好的陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料，具体是一种力学性能好的陶瓷材料。

背景技术

随着科技的发展，各种新材料如雨后春笋般涌现，陶瓷材料就是其中一种。陶瓷材 料是用天然或合成化合物经过成型或高温煅烧制成的一类无机非金属材料，陶瓷的种类很 多，用途各异。随着近代科学技术的发展，近百年来又出现了许多新的陶瓷品种，结构陶瓷 就是其中一种。在结构陶瓷方面，由于氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优 异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。主要有：Y- TZP磨球、分散和研磨介质、喷嘴、球阀球座、氧化锆模具、微型风扇轴心、光纤插针、光纤套 筒、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、服装纽扣、表壳及表带、手链及吊坠、滚珠轴承、高尔夫球 的轻型击球棒及其它室温耐磨零器件等。但是单一的氧化锆所组成的陶瓷材料其性能较为 单一，不能满足在多个领域的使用，为了有效的改进其性能，需要对其陶瓷组成成分进行优 化，提高氧化锆陶瓷材料的综合性能，这也是陶瓷领域的一个热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种力学性能好的陶瓷材料，以解决上述背景技术中提出 的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种力学性能好的陶瓷材料，由以下原料按照重量份组成：氧化锆粉末25-38份、 碳化硅粉末3-8份、氮化硅粉末12-15份、改性海泡石粉末8-15份、膨润土10-14份、玻璃纤维 5-10份、氧化物粉末3-10份、珍珠粉2-5份、石决明粉末4-10份和高岭土粉末5-11份，改性海 泡石粉末为海泡石在340-480摄氏度下焙烧30-60分钟，焙烧后的产物放入1mol/L的盐酸中 浸泡10-25分钟，再用去离子水洗至中性，然后烘干并且研磨成粉末得到，氧化物粉末采用 氧化铜、氧化锌、氧化钙和氧化铁粉末的一种或者多种的混合物，。

作为本发明进一步的方案：高岭土粉末的粒度为100-200目。

作为本发明进一步的方案：石决明粉末为石决明在800-960摄氏度下煅烧2-4小时 并且研磨成粉末得到。

所述力学性能好的陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将膨润土、改性海泡石粉末、珍珠粉和石决明粉末放在搅拌机中，搅拌机 在常温下以200-300rpm的转速搅拌10-15分钟，得到第一混合物料；

步骤二，将碳化硅粉末和氮化硅粉末以无水乙醇作为介质，超声分散25-30分钟并 且放入真空干燥箱中干燥，获得第二混合物料；

步骤三，将第一混合物料加入至球磨机中，湿法球磨20-25小时，获得第三混合物 料；

步骤四，将第二混合物料、第三混合物料、玻璃纤维、氧化物粉末和高岭土粉末在 球磨机中进行机械球磨，球磨机转速为300-450rpm，球磨机中球料比为15-30:1，球磨时间 为1-4小时，得到混合物料；

步骤五，将混合物料置于模具中压制成坯，成型压力为10MPa，将成型后的坯体充 分干燥，放入烧结炉中烧结，升温速率为10摄氏度/分，烧结温度为800-900摄氏度，保温2-4 小时后取出，冷却至室温，即可得到成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明原料来源广泛并且原料价格低廉， 制备工艺简单，适用于工业的大规模生产；本发明中各组分起到了协同作用，制备的陶瓷材 料抗压强度及弯曲强度均远远优于现有材料，市场前景广阔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种力学性能好的陶瓷材料，由以下原料按照重量份组成：碳化硅粉末3份、氮化 硅粉末12份、改性海泡石粉末8份、膨润土10份、玻璃纤维5份、氧化物粉末3份、珍珠粉2份、 石决明粉末4份和高岭土粉末5份。改性海泡石粉末为海泡石在340摄氏度下焙烧35分钟，焙 烧后的产物放入1mol/L的盐酸中浸泡15分钟，再用去离子水洗至中性，然后烘干并且研磨 成粉末得到，氧化物粉末采用氧化钙粉末。高岭土粉末的粒度为100目。

所述力学性能好的陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将膨润土、改性海泡石粉末、珍珠粉和石决明粉末放在搅拌机中，搅拌机 在常温下以200rpm的转速搅拌10分钟，得到第一混合物料；

步骤二，将碳化硅粉末和氮化硅粉末以无水乙醇作为介质，超声分散25分钟并且 放入真空干燥箱中干燥，获得第二混合物料；

步骤三，将第一混合物料加入至球磨机中，湿法球磨20小时，获得第三混合物料；

步骤四，将第二混合物料、第三混合物料、玻璃纤维、氧化钙粉末和高岭土粉末在 球磨机中进行机械球磨，球磨机转速为300rpm，球磨机中球料比为18:1，球磨时间为1.5小 时，得到混合物料；

步骤五，将混合物料置于模具中压制成坯，成型压力为10MPa，将成型后的坯体充 分干燥，放入烧结炉中烧结，升温速率为10摄氏度/分，烧结温度为800摄氏度，保温2小时后 取出，冷却至室温，即可得到成品。

对实施例1的产品进行性能测试，抗压强度为263MPa，弯曲强度为167MPa。

实施例2

一种力学性能好的陶瓷材料，由以下原料按照重量份组成：碳化硅粉末5份、氮化 硅粉末13份、改性海泡石粉末11份、膨润土12份、玻璃纤维7份、氧化物粉末6份、珍珠粉3份、 石决明粉末6份和高岭土粉末8份。改性海泡石粉末为海泡石在380摄氏度下焙烧45分钟，焙 烧后的产物放入1mol/L的盐酸中浸泡14分钟，再用去离子水洗至中性，然后烘干并且研磨 成粉末得到。氧化物粉末采用氧化铜和氧化铁粉末的混合物，石决明粉末为石决明在860摄 氏度下煅烧3小时并且研磨成粉末得到。

所述力学性能好的陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将膨润土、改性海泡石粉末、珍珠粉和石决明粉末放在搅拌机中，搅拌机 在常温下以240rpm的转速搅拌12分钟，得到第一混合物料；

步骤二，将碳化硅粉末和氮化硅粉末以无水乙醇作为介质，超声分散28分钟并且 放入真空干燥箱中干燥，获得第二混合物料；

步骤三，将第一混合物料加入至球磨机中，湿法球磨23小时，获得第三混合物料；

步骤四，将第二混合物料、第三混合物料、玻璃纤维、氧化物粉末和高岭土粉末在 球磨机中进行机械球磨，球磨机转速为360rpm，球磨机中球料比为23:1，球磨时间为3小时， 得到混合物料；

步骤五，将混合物料置于模具中压制成坯，成型压力为10MPa，将成型后的坯体充 分干燥，放入烧结炉中烧结，升温速率为10摄氏度/分，烧结温度为840摄氏度，保温3小时后 取出，冷却至室温，即可得到成品。

对实施例2的产品进行性能测试，抗压强度为259MPa，弯曲强度为173MPa。

实施例3

一种力学性能好的陶瓷材料，由以下原料按照重量份组成：碳化硅粉末8份、氮化 硅粉末15份、改性海泡石粉末15份、膨润土14份、玻璃纤维10份、氧化物粉末10份、珍珠粉5 份、石决明粉末10份和高岭土粉末11份。改性海泡石粉末为海泡石在450摄氏度下焙烧54分 钟，焙烧后的产物放入1mol/L的盐酸中浸泡22分钟，再用去离子水洗至中性，然后烘干并且 研磨成粉末得到。氧化物粉末采用氧化铜、氧化锌、氧化钙和氧化铁粉末的混合物，石决明 粉末为石决明在920摄氏度下煅烧4小时并且研磨成粉末得到。

所述力学性能好的陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将膨润土、改性海泡石粉末、珍珠粉和石决明粉末放在搅拌机中，搅拌机 在常温下以300rpm的转速搅拌15分钟，得到第一混合物料；

步骤二，将碳化硅粉末和氮化硅粉末以无水乙醇作为介质，超声分散30分钟并且 放入真空干燥箱中干燥，获得第二混合物料；

步骤三，将第一混合物料加入至球磨机中，湿法球磨25小时，获得第三混合物料；

步骤四，将第二混合物料、第三混合物料、玻璃纤维、氧化物粉末和高岭土粉末在 球磨机中进行机械球磨，球磨机转速为450rpm，球磨机中球料比为26:1，球磨时间为3小时， 得到混合物料；

步骤五，将混合物料置于模具中压制成坯，成型压力为10MPa，将成型后的坯体充 分干燥，放入烧结炉中烧结，升温速率为10摄氏度/分，烧结温度为880摄氏度，保温3小时后 取出，冷却至室温，即可得到成品。

对实施例1的产品进行性能测试，抗压强度为289MPa，弯曲强度为171MPa。

对比例

除不含有石决明粉末，对比例1的其余组分和制备方法均与实施例1相同，对对比 例1的产品进行性能测试，抗压强度为184MPa，弯曲强度为96MPa。对现有产品进行性能测 试，抗压强度为206MPa，弯曲强度为125MPa。

由此可以看出实施例1-3的产品的抗压强度和弯曲强度均远远优于对比例1的产 品和现有产品，使用效果好。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论 从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。