一種具有高抗熱震性的氧化釔陶瓷的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種氧化釔陶瓷的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種重要的稀土氧化物原料，氧化釔具有優(yōu)異的耐腐蝕性、高透光性、高介電常數(shù)等特點，被廣泛應(yīng)用于透明陶瓷材料及紅外材料等功能材料領(lǐng)域，又因其熔點高、耐熱性能良好，近年來在耐火材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、核工業(yè)、航空航天工業(yè)等領(lǐng)域均獲得廣泛關(guān)注。
[0003]鈦合金作為一種高性能合金已廣泛用于制造航空飛行器零部件，而目前鈦合金生產(chǎn)成本較高，主要原因在于鈦合金熔煉過程大多采用強(qiáng)制水冷銅坩禍作為承載器皿，導(dǎo)致反應(yīng)能耗較高，并且因容積受到限制，極易使熔體產(chǎn)生成分偏析，導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低。
[0004]為尋求承載鈦合金熔體的替換材料，研究人員選擇了氧化物耐火材料體系，通常而言一般的氧化物耐火材料均可作為高溫熔體承載器皿，但由于鈦的熔點較高，且活性較強(qiáng)，在高溫熔體狀態(tài)下與大多數(shù)耐火材料都發(fā)生不同程度的化學(xué)反應(yīng)，因此替換銅坩禍的材料體系不僅需要具有較高的熔點，同時也需要與鈦在高溫下有較低的反應(yīng)活性。
[0005]氧化釔材料熔點較高(2410°C )，在高溫下與鈦幾乎不發(fā)生反應(yīng)，因此是一種理想的承載鈦合金熔煉反應(yīng)的耐火材料，通常使用其他氧化物如氧化鋯等作為坩禍主體材料，將氧化釔作為與合金熔體接觸面材料，此種方法的缺陷是氧化釔以較高致密度均勻分布在接觸面且結(jié)合緊密比較困難，在使用過程中容易出現(xiàn)接觸面脫落的現(xiàn)象，使鈦合金熔體直接接觸外層氧化物耐火材料，不僅會污染熔體，而且具有一定的危險性。而使用純氧化釔制造的高致密度坩禍抗熱震性較差，在熔體由高溫一室溫的鑄件過程中，容易產(chǎn)生開裂等問題。為提高其抗熱震性，一般采用降低坩禍致密度增加氣孔率的方法，這種方法的缺陷是致密度降低的同時也會增加坩禍的表面粗糙度，在使用過程中粗糙表面的部分顆粒容易被熔體沖刷脫落，混入合金內(nèi)部，影響其使用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有氧化釔陶瓷抗熱震性較差的問題，提供一種具有高抗熱震性的氧化釔陶瓷的制備方法。
[0007]本發(fā)明具有高抗熱震性的氧化釔陶瓷的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0008]一、氧化釔及中間層粉體造粒
[0009]a.按質(zhì)量百分比稱取85%?90%的氧化釔粉體、7%?12%的二氧化硅粉體和余量的氧化鈣粉體；
[0010]b.將氧化釔粉體放入聚氨酯球磨罐中，加入去離子水，得氧化釔漿料，然后加入檸檬酸銨和阿拉伯樹膠，密封球磨罐后放在滾杠式球磨機(jī)上球磨6?1h ;其中氧化釔粉體與去離子水的質(zhì)量比為I?2:1，檸檬酸銨為氧化釔漿料質(zhì)量的2 %?4%，阿拉伯樹膠為氧化?乙楽料質(zhì)量的2%?4% ；
[0011]c.將二氧化硅粉體和氧化鈣粉體混合放入聚氨酯球磨罐中，加入去離子水，得混合漿料，然后加入檸檬酸銨和阿拉伯樹膠，密封球磨罐后放在滾杠式球磨機(jī)上球磨6?1h ;其中混合粉體與去離子水的質(zhì)量比為I?2:1，檸檬酸銨為混合漿料質(zhì)量的2%?4%，阿拉伯樹膠為混合漿料質(zhì)量的2%?4% ；
[0012]d.將球磨好的兩種漿料分別轉(zhuǎn)移至潔凈容器內(nèi)，通過恒流栗將一種漿料勻速的輸送到噴霧造粒干燥機(jī)內(nèi)，干燥機(jī)溫度設(shè)定范圍170?200°C ;
[0013]e.一種漿料造粒完畢后，更換另一種漿料開始造粒，更換漿料前，需對噴霧造粒干燥機(jī)進(jìn)行清洗，清洗方法為去離子水沖洗10?15min，最終制得氧化乾造粒粉和混合造粒粉；
[0014]二、氧化釔陶瓷坯體成型
[0015]將步驟一制得的氧化釔造粒粉倒入成型模具中，采用單向軸壓方式成型，成型壓力為20?26MPa，壓制圓形的氧化乾生還；
[0016]然后將步驟一制得的混合造粒粉倒入成型模具中，采用單向軸壓方式成型，成型壓力為20?26MPa，壓制圓形的混合粉生坯，
[0017]將氧化釔生坯放置在最下面，氧化釔生坯上放置混合粉生坯，二者中心對齊疊放在模具內(nèi)，混合粉生坯上表面覆蓋氧化釔造粒粉，氧化釔造粒粉的質(zhì)量為底部氧化釔生坯的115%?130%，再次軸壓成型后進(jìn)行冷等靜壓成型，冷等壓力為100?120MPa ;
[0018]三、燒結(jié)
[0019]坯體取出之后，采用氣壓燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1700?1750°C，燒結(jié)保溫時間2?4h，燒結(jié)全過程采用氬氣氣氛保護(hù)。
[0020]其中步驟一中球磨過程采用氧化錯磨球，球料比為2?3:1，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)定為600 ?900r/min。
[0021]步驟一 c中所述阿拉伯樹膠為將固體的阿拉伯樹膠預(yù)先加熱溶解于去離子水中，配制成質(zhì)量濃度為40%的溶膠；步驟一中所述氧化釔粉體購買自予營耐火材料有限公司；噴霧造粒過程需控制溫度，如低于或超過設(shè)定范圍，需打開或關(guān)閉輔助加熱開關(guān)；
[0022]步驟二中混合粉生坯直徑為氧化釔生坯的75%?90%，
[0023]步驟二中在單向軸壓成型過程需保證粉體添加量的精確性，粉體重量誤差不超過1% ;單向軸壓成型得到的坯體在冷等靜壓處理前需進(jìn)行真空封裝。
[0024]步驟三中燒結(jié)采用埋燒的方式，埋燒粉使用前需于1300°C煅燒lh，并過篩。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]本發(fā)明在制備氧化釔陶瓷的基礎(chǔ)上，添加一個由氧化硅和氧化鈣粉體混合而成的中間層，作為緩沖結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在高溫時軟化，在由高溫轉(zhuǎn)移到室溫時吸收外層氧化釔由于溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，同時在冷卻固化過程中對外放熱，這部分熱量被氧化釔陶瓷吸收后，可緩解外界過冷度對其的影響，對氧化釔陶瓷起到保護(hù)作用，從而增強(qiáng)氧化釔陶瓷的抗熱震能力。同時由于氧化鈣對氧化釔的燒結(jié)可起到助劑作用，利用該技術(shù)得到的氧化釔陶瓷還具有較高的致密度，其使用性能顯著提高。
[0027](I)本發(fā)明適用于對使用要求較高的氧化釔陶瓷材料的制備，可得到抗熱震能力強(qiáng)、致密度較高的氧化釔陶瓷材料。該氧化釔陶瓷材料具有較強(qiáng)的抗熱震能力，使得在多次冷熱循環(huán)過程中不易破裂，平均循環(huán)可達(dá)到5-6次，進(jìn)而能保證材料的長期可靠性。
[0028](2)本發(fā)明采用噴霧造粒工藝，得到的粉體具有較強(qiáng)的流動性，有利于提高坯體致密度，同時采用了還有燒結(jié)助劑的中間層配方，不僅可提高氧化釔陶瓷材料的熱穩(wěn)定性，同時也可以提高其燒結(jié)致密度。
[0029](3)本發(fā)明方法可提高氧化釔陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度，其抗彎強(qiáng)度高于155MPa ；
[0030](4)本發(fā)明不僅適用于氧化釔陶瓷材料，在選取適當(dāng)?shù)闹虚g層粉體的前提下，對一般氧化物陶瓷材料均具有普遍適用性。
【附圖說明】
[0031]圖1為含有中間層結(jié)構(gòu)的氧化釔陶瓷結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為實施例1中噴霧干燥機(jī)處理前的氧化釔粉體SEM照片；
[0033]圖3為實施例1中經(jīng)噴霧造粒干燥機(jī)處理后得到的氧化釔粉體SEM照片；
[0034]圖4為實施例1中抗熱震性測試后的樣品表面XRD測試圖；
[0035]圖5為實施例1制備的氧化釔陶瓷表面的SEM照片。
【具體實施方式】
[0036]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0037]【具體實施方式】一:本實施方式具有高抗熱震性的氧化釔陶瓷的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0038]一、氧化釔及中間層粉體造粒
[0039]a.按質(zhì)量百分比稱取85%?90%的氧化釔粉體、7%?12%的二氧化硅粉體和余量的氧化鈣粉體；
[0040]b.將氧化釔粉體放入聚氨酯球磨罐中，加入去離子水，得氧化釔漿料，然后加入檸檬酸銨和阿拉伯樹膠，密封球磨罐后放在滾杠式球磨機(jī)上球磨6?1h ;
[0041]c.將二氧化硅粉體和氧化鈣粉體混合放入聚氨酯球磨罐中