一种高致密度氧化镁基陶瓷的制备方法与流程

本发明涉及氧化镁基陶瓷制备领域，尤其涉及一种常压烧结下的高致密度氧化镁基陶瓷的制备方法。

背景技术：

陶瓷材料的强度和韧性等力学行为对组织结构具有高度的敏感性，尤其是气孔等微观缺陷，导致其实际力学性能远低于理论强度。因此提高材料的强度和韧性必须尽可能的降低材料的气孔率，努力提高材料的致密度。目前制备高致密陶瓷的方法主要有热压烧结、热等静压烧结及以上各方法的组合烧结。

通过热压烧结或热等静压烧结工艺中得到的氧化镁烧结体容易出现渗碳污染或氧缺失而使烧结体表面呈现灰色或黑色，通常需要在常压或氧气下进行退火处理。在退火处理过程中烧结体容易出现样品开裂、晶粒粗化等现象，还会延长产品的生产周期。热压烧结时粉末单向或双向受压成型，烧结过程中容易出现密度分布不均匀，甚至产生裂纹。同时，热压烧结和热等静压烧结均存在设备昂贵、制备周期长、工艺复杂且无法批量生产的问题。

专利号为201810901429.6的中国发明专利公开了一种高致密度纳米氧化镁基陶瓷的制备方法，该纳米氧化镁基陶瓷采用高纯度纳米氧化镁为原料，高纯度的氧化锆、氧化钇、氧化铝以及二氧化钛混合为添加剂制备而成，通过液相研磨混料、喷雾干燥造粒一体化、高压成型和高温烧结的工艺制备，得到相对致密度≥95%的纳米氧化镁基陶瓷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高致密度氧化镁基陶瓷的制备方法，克服现有技术的不足，实现常压烧结方式下，以溶胶填充的方法减少氧化镁基陶瓷制品的气孔率，从而有效提高氧化镁基陶瓷制品的致密程度。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高致密度氧化镁基陶瓷的制备方法，其特征在于，通过共沉淀的方式将纳米氧化镁包覆在单晶氧化镁表面，压力成型后，经一次烧结、溶胶填充和二次烧结，形成高致密度氧化镁基陶瓷，其具体步骤如下：

1）制粉，对单晶氧化镁依次进行粗破、粉碎和研磨，得到粒度小于80目的单晶氧化镁粉料；

2）共沉淀，常温下将单晶氧化镁粉料投入含有mgcl2的氨水混合液中，搅拌强度300~350转/分，直到反应结束，沉淀不再产生为止，mgcl2和氨水的比例是摩尔比为1：（2~2.5），沉淀反应物包覆到单晶氧化镁粉料表面，对混合物进行过滤，将获得的滤渣在蒸馏设备中以4~8℃/次升温至95~100℃，直到液体全部汽化，得到包覆氧化镁粉体；共沉淀法反应式如下：

3）烘干成型，将包覆氧化镁粉体在110~150℃温度下，烘干12~18小时，在15~20mpa的压力机中进行压制成型，保压时间为30~120秒；

4）一次烧结，将压制后试样在1400℃~1700℃下保温1h~5h进行一次烧结；

5）溶胶填充，将一次烧结后的试样置于浸液槽中，将浸液槽抽真空至-0.07mpa以下，保持真空度5~15min，在60秒内向浸液槽中注入粘度为1180~1190mpa·s的氧化镁前驱体溶胶，淹没试样，继续抽真空30~40min后，将浸液槽取出，在空气中继续浸渍10~15min；

6）二次烧结，将溶胶填充后的试样干燥，110~200℃烘箱中烘干10~15h，在1400℃~1700℃下保温1h~5h进行二次烧结，得到氧化镁基陶瓷。

所述步骤1）中单晶氧化镁在zm系列振动磨上进行粉碎。

所述步骤2）中蒸馏设备为旋转蒸发仪。

所述步骤2）中的过滤为真空过滤，真空值为70~100kpa。

所述步骤5）中的氧化镁前驱体溶胶为纳米氧化镁和铝溶胶的混合物，纳米氧化镁的重量百分占比为2~8%。

所述步骤3）中的压力机为陶瓷成型机，常温成型。

所述步骤2）中的蒸馏设备为旋转蒸发仪。

所述包覆氧化镁粉体的包覆厚度为50nm~1000nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）采用溶胶填充的方式，减少8~30%氧化镁基陶瓷制品的气孔率，从而有效提高常压烧结下氧化镁基陶瓷的致密度；2）二次烧结有利于氧化镁基陶瓷制品的分子结构稳定，有利于进一步提升氧化镁基陶瓷制品的致密度，相对致密度可提高到95%以上。3）操作方法简单，效果稳定，可实现高质量的氧化镁基陶瓷制品的批量生产。

附图说明

图1是本发明氧化镁基陶瓷微观结构示意图。

图中：1－氧化镁颗粒、2－填充的溶胶。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的制备方法作进一步说明：

以下所述实施例仅是为详细说明本发明的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制发明的保护范围，凡在不违背本发明的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本发明的保护范围之内。

以下实施例中使用的单晶氧化镁产品的质量技术指标如下表1。

表1

实施例1

一种高致密度氧化镁基陶瓷的制备方法，其具体步骤如下：

1）制粉，对单晶氧化镁进行粗破，并在震动磨上对粗破物料进行粉碎，研磨后将粉料过80目筛，筛上料继续细磨，最终得到小于80目的单晶氧化镁粉料。

2）共沉淀，将单晶氧化镁粉料投入含有mgcl2的氨水混合液中，mgcl2和氨水的比例是摩尔比为1:2，搅拌强度300转/分，直到反应结束，沉淀不再产生为止，沉淀反应物包覆到单晶氧化镁粉料表面，对混合物进行过滤，将获得的滤渣在旋转蒸发仪中以5℃/次升温至99℃，直到液体全部汽化结束，得到包覆氧化镁粉体；

3）烘干成型，将包覆氧化镁粉体在110℃温度下，烘干12小时，在20mpa的压力机中进行压制成型，保压时间为30秒；

4）一次烧结，将压制后试样在1400℃下保温2h进行一次烧结，检测填充前的显气孔率；

5）溶胶填充，将一次烧结后的试样置于浸液槽中，将浸液槽抽真空至-0.07mpa，在此真空度下保持5min，在1分钟内向浸液槽中注入氧化镁前驱体溶胶（粘度为1187.5mpa·s）并将试样淹没，继续抽真空30min，将浸液槽取出，在空气中浸泡10min；将氧化镁前驱体溶胶中纳米氧化镁的添加量分别为0%、2%、4%、6%、8%(wt%)的试样分别编号为0#、2#、4#、6#、8#；

6）二次烧结，将溶胶填充后的试样干燥，110℃烘箱中烘干12h后，检测填充后显气孔率，在1400℃下保温2h进行二次烧结，得到氧化镁基陶瓷。实施例1试样填充氧化镁前驱体溶胶前后气孔率对比见表2。

表2

实施例2

一种高致密度氧化镁基陶瓷的制备方法，其具体步骤如下：

1）制粉，对单晶氧化镁进行粗破，并在震动磨上对粗破物料进行粉碎，研磨后将粉料过80目筛，筛上料继续细磨，最终得到小于80目的单晶氧化镁粉料。

2）共沉淀，常温下将单晶氧化镁粉料投入含有mgcl2的氨水混合液中，搅拌强度350转/分，直到反应结束，沉淀不再产生为止，mgcl2和氨水的比例是摩尔比为1:2.5，沉淀反应物包覆到单晶氧化镁粉料表面，对混合物进行过滤，将获得的滤渣在蒸馏设备中以8℃/次升温至100℃，直到液体全部汽化，得到包覆氧化镁粉体

3）烘干成型，将包覆氧化镁粉体在150℃温度下，烘干12小时，在20mpa的压力机中进行压制成型，保压时间为50秒；

4）一次烧结，将压制后试样在1700℃下保温4h进行一次烧结，检测填充前的显气孔率；

5）溶胶填充，将一次烧结后的试样置于浸液槽中，将浸液槽抽真空至-0.08mpa，在此真空度下保持5min，在1分钟内向浸液槽中注入氧化镁前驱体溶胶（粘度为1187.5mpa·s）并将试样淹没，继续抽真空30min，将浸液槽取出，在空气中浸泡10min；将氧化镁前驱体溶胶中纳米氧化镁的添加量分别为0%、2%、4%、6%、8%(wt%)的试样分别编号为0#、2#、4#、6#、8#；

6）二次烧结，将溶胶填充后的试样干燥，110℃烘箱中烘干12h后，检测填充后显气孔率，在1400℃下保温2h进行二次烧结，得到氧化镁基陶瓷。实施例1试样填充氧化镁前驱体溶胶前后气孔率对比见表3。

表3

由表2至表3可知，填充溶胶后试样的显气孔率明显降低，说明本发明制备方式在一定程度上降低了试样的气孔率，从而提高了试样的致密度。

上述实施例中，步骤1）中单晶氧化镁是在zm系列振动磨上进行粉碎。步骤2）中的过滤为真空过滤，真空值为70~100kpa。步骤5）中的氧化镁前驱体溶胶为纳米氧化镁和铝溶胶的混合物，纳米氧化镁的重量百分占比为2~8%。步骤3）中的压力机为陶瓷成型机，常温下成型。步骤2）中包覆氧化镁粉体的包覆厚度为50nm~1000nm。