专利名称：一种改进的部分稳定氧化锆的制作方法
技术领域：
本发明是关于对用CaO、MgO部份稳定ZrO2陶瓷的改进，尤其涉及一种烧成温度低，烧成温度范围宽，热震稳定性好的部分稳定ZrO2陶瓷。
背景技术：
在制造ZrO2陶瓷中，为了预防ZrO2在晶形转变中因体积发生变化而产生的开裂，通常采用CaO、MgO为稳定剂，先制得部分稳定化的ZrO2原料，再通过陶瓷制作工艺制成相应产品，如中国专利96109180.0公开的电子陶瓷承烧板。然而由于ZrO2熔点较高难烧结，烧成温度需在1650℃以上(如前述专利承烧板的烧结温度在1650--1700℃)，高的烧成温度，能源消耗大，而且烧成温度范围又窄，一般烧结温度偏差必须控制在50℃以内，烧成温度过高，则会造成制品开裂、变形；烧成温度过低，制品强度又得不到保证，因此ZrO2陶瓷烧成控温要求极高。其次，用CaO、MgO制得的部分稳定ZrO2陶瓷，其抗热震性能不够理想，如作电子陶瓷承烧板，一般经30-40次循环使用即出现开裂、变形、粉化，使用寿命相对较短。
为降低ZrO2陶瓷烧成温度，中国专利99124033.2公开了用CeO2，Y2O3或CeO2-Y2O3作为稳定剂，以MgO-Al2O3-SiO2为烧结助剂，达到既稳定了氧化锆，又降低了烧成温度，还扩大了烧成温度范围，使其可以在1220-1450℃宽范围温度下烧结。然而由于CeO2，Y2O3稳定剂价格较为昂贵，且加入量相对又多，因此生产成本相对较高；其次，因陶瓷原料中含有一定量的SiO2，使应用受到一定程度的限止，如作电子陶瓷承烧板使用，会对电子陶瓷元件产生影响，因而该ZrO2陶瓷不适宜作电子陶瓷承烧板。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种烧成温度低，且烧成温度范围宽，生产成本低，热震稳定性好的部分稳定氧化锆。
本发明目的实现，主要改进是在用CaO或MgO部分稳定ZrO2中再添加0.1-5％wt的含钡化合物和0.1-5％wt的TiO2，从而改善ZrO2陶瓷的烧成性能和热震稳定性。具体说，本发明部分稳定氧化锆，包括采用CaO或MgO作稳定剂，其特征在于还外加有0.1-5％wt的含钡化合物和0.1-5％wt的TiO2稳定剂。
本发明含钡化合物的加入，不仅可以进一步起到对ZrO2的稳定作用；而且还具有增强ZrO2的韧性作用，可以显著提高ZrO2陶瓷的热震稳定性。所说含钡化合物可以是钡的卤化物，也可以是各种钡盐，如BaCO3、BaSO4、BaO、Ba3(PO4)2等，钡化合物中其起主要作用的是钡离子。TiO2的加入，不仅可降低ZrO2的烧成温度；而且对增强ZrO2陶瓷的韧性也有积极作用。本发明经试验确定尤以两者同时加入为优，两者的协同作用，既可以进一步稳定ZrO2，又能较显著降低ZrO2陶瓷的烧成温度，扩大烧成温度范围，还能明显提高ZrO2陶瓷的热震稳定性能，其综合性能大大优于仅用CaO、MgO稳定剂和单独添加含钡化合物和TiO2。本发明所述含钡化合物和TiO2的加入量，是实验较佳值，并非严格意义极限值。当含钡化合物加入量低于0.1％，则对进一步稳定、增韧效果不明显；加入量超过5％，相反对热震稳定性能又会产生不利影响，所以试验确定其加入量以0.1-5％wt较为恰当。考虑到实际ZrO2原料中通常会含有较少量的TiO2，本发明外加TiO2有0.1％以上就能起到作用，但加入量低于0.1％，对降低烧成温度作用也不够明显；当加入量高于5％，也会造成热震稳定性能的下降，因此试验确定加入量以0.1-5％wt较为恰当。本发明含钡化合物和TiO2稳定剂加入量尤以0.1-3％最为理想。
本发明含钡化合物和TiO2的加入，可以是与CaO、MgO稳定剂一起加入；也可以是在已经CaO、MgO部分稳定的ZrO2中再加入含钡化合物和TiO2。例如作陶瓷原料，可以在ZrO2粉末中一次将CaO或MgO、含钡化合物、TiO2稳定剂一起同时加入，然后经一次烧成得部分稳定的ZrO2陶瓷原料。如作陶瓷制品，也可以是在已经CaO或MgO部分稳定的ZrO2中，在制作制品时再加入0.1-5％wt的含钡化合物和TiO2，即稳定剂分二次加入。
本发明由于在CaO、MgO部分稳定ZrO2中还加有含钡化合物和TiO2稳定剂，使所得的部分稳定型ZrO2陶瓷或产品，不仅较单独使用CaO、MgO稳定剂好，还可进一步降低热膨胀系数，增强陶瓷韧性，从而提高ZrO2陶瓷制品的抗开裂性能，使ZrO2陶瓷制品的抗热震稳定性有明显提高，如作陶瓷承烧板，经60次循环试用不开裂、不变形、不粉化，大大提高了ZrO2陶瓷制品的物理性能。同时含钡化合物和TiO2稳定剂的加入，还可降低ZrO2陶瓷烧成温度，较CaO、MgO部分稳定ZrO2可降低烧结温度约20-200℃，大大节约了ZrO2陶瓷制品烧成能耗；另外还使得原料和/或制品的烧成温度范围增宽，烧成温度范围辐度达80℃左右，增强了烧成的灵活性，可以满足不同用户需求。再就是含钡化合物和TiO2的价格较ZrO2低，其加入替代还可以进一步降低ZrO2陶瓷成本，使ZrO2陶瓷的性能价格比得到较大提高。
以下结合几个具体实施例和比较例的描述，进一步说明本发明。
具体实施例方式
实施例1在经CaO、MgO部份稳定锆原料中，在制作电子陶瓷承烧板时加入2.5％BaCO3和1.5％TiO2，混合成型后在1500℃--1580℃范围内烧成均可获得强度良好的制品，其烧成温度较比较例1降低150℃左右，烧成温度范围变宽，辐度达80℃左右，经60次循环试用不开裂。
实施例2在经CaO、MgO部份稳定锆原料中，在制作陶瓷坩埚时加入3％BaCl2和1.0％TiO2，混合成型后在1520℃--1600℃左右烧成即可获得强度良好的制品，烧成温度较比较例1可降低120℃左右，60次循环使用不裂。
实施例3在经CaO、MgO部份稳定的锆原料中，加入1.5％BaSO4和2.5％TiO2，经1450℃--1530℃烧成的氧化锆承烧板强度很好，烧成温度较比较例1降低200℃左右，60次循环使用不裂。
实施例4在纯氧化锆原料中，加入3.5％的CaO或1.5％的MgO、2％的BaO、0.5％的TiO2，混合后在1600℃烧成，进行稳定化，得部分稳定型氧化锆陶瓷原料。
比较例1单独用CaO或MgO稳定ZrO2，锆制品烧成温度1650℃以上，作电子陶瓷承烧板经30次左右循环使用即出现开裂、粉化。
比较例2用CaO或MgO和BaCO3稳定，锆制品烧成温度1630℃以上，烧结降温效果不明显，热震稳定性能有提高，作电子陶瓷承烧板，经45次左右循环使用才出现开裂，但易于粉化。
比较例3加CaO或MgO和TiO2稳定，锆制品烧成温度1550℃左右，烧结降温效果明显，但热震稳定性能基本没有提高，作电子陶瓷承烧板经30次左右循环使用即出现开裂。
权利要求
1.一种部分稳定氧化锆，包括采用CaO或MgO作稳定剂，其特征在于还外加有0.1-5％wt的含钡化合物和0.1-5％wt的TiO2稳定剂。
2.根据权利要求1所述部分稳定氧化锆，其特征在于所说含钡化合物和TiO2的含量均为0.1-3％。
3.根据权利要求1或2所述部分稳定氧化锆，其特征在于所说含钡化合物为BaCO3。
全文摘要
本发明是关于对CaO、MgO部分稳定ZrO
文档编号C04B35/626GK1524828SQ0315824
公开日2004年9月1日 申请日期2003年9月15日 优先权日2003年9月15日
发明者沈辉, 沈 辉 申请人:宜兴新兴锆业有限公司