【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及陶瓷基復合材料，尤其涉及一種耐磨潤滑且增韌zta復相陶瓷材料及其制備方法。
技術介紹
1、陶瓷材料相比于金屬材料，具有硬度高、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、電絕緣性高等特點，在航天航空領域、器件零件、新能源器械行業、生物醫療等各個領域都有著廣泛的應用。由于陶瓷材料本身的晶體結構特點，陶瓷化學鍵多為離子鍵和共價鍵，陶瓷材料內部缺少滑移系，位錯所需能量高，塑性變形困難，韌性差。相比于金屬材料，陶瓷材料脆性高，在臨場作用力的情況下易脆性斷裂，陶瓷的脆性問題成為制約它發展的重要原因。
2、此外，磨損一直是工業領域中造成材料和能源損耗的重要原因之一，大約占了整個能源消耗的1/3至1/2。例如耐磨陶瓷管道是一種常見的耐磨裝置，通常用于輸送高濃度和較大顆粒的介質，與傳統的鋼制管道相比，耐磨陶瓷管道可大幅降低生產過程中的能耗和維修成本，同時也能延長設備的使用壽命，因為陶瓷有著耐摩擦、高絕緣、硬度高以及耐腐蝕等諸多優良特征。對于這類應用，需要陶瓷具有高的硬度、韌性、耐磨性以及低摩擦系數的綜合性能。
3、隨著諸如石油、航天航空、機械電子、人工關節等行業的發展，普通的氧化鋁陶瓷材料已經不能滿足一些特殊環境下的需求，應當研發性能更加優異的陶瓷材料。后來經過研究人員的不斷努力，以a?l2o3為基體，添加zro2顆粒作為增韌相，獲得了一種新型復合強韌陶瓷材料。氧化鋯相變增韌氧化鋁復合陶瓷(zta)融合了氧化鋯和氧化鋁的雙重優勢，為陶瓷應用領域帶來了顯著突破。相較于單組分陶瓷材料，這種復合型陶瓷材料展現出了更為卓越的機械性能，不
4、上述內容僅用于輔助理解本專利技術的技術方案，并不代表承認上述內容是最接近的現有技術。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是提供一種耐磨潤滑且增韌zta復相陶瓷材料及其制備方法。
2、為達到所述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的，一種耐磨潤滑且增韌zta復相陶瓷材料及其制備方法，包括：氧化鋁粉體、氧化釔穩定氧化鋯粉體、鎢金屬粉末或鉬金屬粉末；按重量份量計：所述氧化鋁粉體占粉體總質量為75～80％；所述氧化釔穩定氧化鋯粉體占粉體總質量為15～25％；鎢金屬粉末或鉬金屬粉末占總粉體總質量的1～10％。
3、優選的，具體包括以下步驟：
4、a、將氧化鋁粉體和氧化釔穩定氧化鋯粉體分別進行水浸、離心與干燥，完成原料預處理；
5、b、將經過步驟a預處理后的氧化鋁粉體、氧化釔穩定氧化鋯粉體(5ysz)以及鎢金屬粉末或鉬金屬粉末中加入酒精后，進行濕法球磨混合；
6、c、將步驟b中球磨混合后的粉末在100～120℃的溫度下，干燥12～24h；
7、d、將步驟c真空干燥后的粉末放置到放電等離子燒結爐中進行燒結，獲得zta復相陶瓷材料。
8、優選的，步驟d燒結分為前、中、后期，具體燒結工藝為：
9、燒結前期：溫度從室溫升溫至500～700℃，升溫速率為50～100℃/min，燒結壓力為0mpa；
10、燒結中期：溫度在燒結前期溫度的基礎上繼續升溫至1200℃，升溫速率為100～150℃/min，該升溫過程中，燒結壓力逐漸上升至20～40mpa，升溫完成后保溫3～5min，保溫的同時燒結壓力逐漸增加至30～60mpa；
11、燒結后期：燒結中期的保溫結束后，將溫度在燒結中期溫度的基礎上升溫至1300～1400℃，升溫速率為50～100℃/min，保溫3～5min，該過程中，繼續維持壓力與燒結中期的壓力一致；燒結后期的保溫結束后，燒結完成，停止加熱和加壓，隨爐降至室溫，結束燒結。
12、優選的，步驟b中所述鎢金屬粉末或鉬金屬粉末的粒徑為1～2μm。
13、優選的，所述鎢金屬粉末或鉬金屬粉末占總粉體總質量的1～5％。
14、優選的，所述氧化釔穩定氧化鋯(5ysz)粉體的粒徑為1～2μm；所述氧化鋁粉體的的粒徑為100～200nm。
15、優選的，步驟b中球磨的球料比為8：1，球磨轉速為300r/min，球磨時間為40h；球磨的介質為無水乙醇，無水乙醇添加量為沒過球體。
16、優選的，步驟d中獲得的所述zta復相陶瓷材料的硬度為16.1～17.5gpa；zta復相陶瓷材料的斷裂韌性為6.0～7.1mpa·m1/2；zta復相陶瓷材料的摩擦系數為0.18～0.19；zta復相陶瓷材料的磨損率為1.1～3.4×10-7mm3/(n·m)。
17、本專利技術的有益效果體現在：
18、(1)本專利技術采用100～200nm氧化鋁與1～2μm氧化釔穩定氧化鋯(5ysz)粉體，在無水乙醇介質中進行40h長時間混合均勻，燒結過程中，小尺寸的al2o3顆粒會包裹大尺寸zro2形成內晶型，達到良好的增韌效果，兩者之間發生團聚現象，能獲得具有更優異機械性能的zta陶瓷。
19、(2)本專利技術采用單斜晶型的氧化釔穩定氧化鋯粉體(5ysz)作為zta陶瓷原料；首先，在經過相變溫度時,單斜晶型zro2轉換成四方晶體結構,體積收縮造成燒結后的成品含有裂紋,借由添加的氧化釔可增加zro2以四方晶相穩定存在的溫度范圍。其次，在放電等離子燒結過程中，單斜相m-zro2會轉變成亞穩態的四方相t-zro2。t-zro2吸收應變能發生顯著的體積膨脹，會對裂紋施加壓應力，這一作用使得裂紋的擴展需要更多的能量，實現zta陶瓷韌性的增強。
20、(3)添加軟質金屬相mo或w，磨損表面形成富氧化鉬/氧化鎢的薄潤滑摩擦膜，黏附作為主要的磨損機制能在磨損過程中減少摩擦界面處的硬質磨粒數量，減少磨損的損失，降低摩擦系數。此外，金屬mo和w第二相所發生的塑性變形可緩解應力集中，改變裂紋拓展路徑，分散主裂紋擴展所需能量，提高裂紋擴展的能耗，提高zta陶瓷的韌性。
21、(4)采用的放電等離子燒結技術(sps)具有更高的熱效率，等離子體放電快速升溫，能夠有效抑制升溫過程中晶粒的生長。采用的等離子體直接加熱樣品,能量利用效率高于傳統的爐式加熱。本專利技術燒結僅需半個小時即可完成整個燒結過程，同時燒結溫度在1300～1400℃就能得到高質量高性能zta陶瓷材料。
22、(5)本專利技術提供的方法獲得的zta復相陶瓷材料在硬度、斷裂韌性、擦系數和磨損率等方面相比于現有的氧化鋯相變增韌氧化鋁復合陶瓷均有改善，擴大了陶瓷的應用場景。
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1.一種耐磨潤滑且增韌ZTA復相陶瓷材料，其特征在于，包括：氧化鋁粉體、氧化釔穩定氧化鋯粉體、鎢金屬粉末或鉬金屬粉末；按重量份量計：所述氧化鋁粉體占粉體總質量為75～80％；所述氧化釔穩定氧化鋯粉體占粉體總質量為15～25％；鎢金屬粉末或鉬金屬粉末占總粉體總質量的1～10％。
2.根據權利要求1所述的一種耐磨潤滑且增韌ZTA復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種耐磨潤滑且增韌ZTA復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟d燒結分為前、中、后期，具體燒結工藝為：
4.根據權利要求2所述的一種耐磨潤滑且增韌ZTA復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟b中所述鎢金屬粉末或鉬金屬粉末的粒徑為1～2μm。
5.根據權利要求2所述的一種耐磨潤滑且增韌ZTA復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟a中所述ZTA陶瓷中氧化鋯來源為氧化釔穩定氧化鋯粉體；且氧化釔穩定氧化鋯粉體的粒徑為1～2μm。
6.根據權利要求5所述的一種耐磨潤滑且增韌ZTA復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述鎢金屬粉
7.根據權利要求6所述的一種耐磨潤滑且增韌ZTA復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述氧化鋁粉體的粒徑為100～200nm。
8.根據權利要求7所述的一種耐磨潤滑且增韌ZTA復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟b中球磨的球料比為8：1，球磨轉速為300r/min，球磨時間為20～40h；球磨的介質為無水乙醇，無水乙醇添加量為沒過球體。
9.根據權利要求2所述的一種耐磨潤滑且增韌ZTA復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟d中獲得的所述ZTA復相陶瓷材料的硬度為16.1～17.5GPa；ZTA復相陶瓷材料的斷裂韌性為6.0～7.1MPa·m1/2；ZTA復相陶瓷材料的摩擦系數為0.18～0.19；ZTA復相陶瓷材料的磨損率為1.1～3.4×10-7mm3/(N·m)。
...【技術特征摘要】
1.一種耐磨潤滑且增韌zta復相陶瓷材料，其特征在于，包括：氧化鋁粉體、氧化釔穩定氧化鋯粉體、鎢金屬粉末或鉬金屬粉末；按重量份量計：所述氧化鋁粉體占粉體總質量為75～80％；所述氧化釔穩定氧化鋯粉體占粉體總質量為15～25％；鎢金屬粉末或鉬金屬粉末占總粉體總質量的1～10％。
2.根據權利要求1所述的一種耐磨潤滑且增韌zta復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種耐磨潤滑且增韌zta復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟d燒結分為前、中、后期，具體燒結工藝為：
4.根據權利要求2所述的一種耐磨潤滑且增韌zta復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟b中所述鎢金屬粉末或鉬金屬粉末的粒徑為1～2μm。
5.根據權利要求2所述的一種耐磨潤滑且增韌zta復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟a中所述zta陶瓷中氧化鋯來源為氧化釔穩定氧化鋯粉體；且氧化釔穩定氧化鋯粉體的粒徑為1～2...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李航，雷家柳，王輕松，李明，陳躍，
申請(專利權)人：湖北理工學院，
類型：發明
國別省市：
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