本发明涉及陶瓷领域，具体而言，涉及一种钇稳定氧化锆陶瓷粉末及其制备方法和应用。
背景技术：
：纯的氧化锆在室温下为单斜晶相，温度上升至约1173℃时会转变成四方晶相，上升至2370℃时则转换成立方晶相，于2690℃变成液相。由于纯氧化锆从高温冷却至低温时，从正方晶体转化为单斜晶体，体积发生剧烈的变化，造成后期在使用其制造其他产品时经常产生裂纹甚至裂缝，不符合产业制造要求。在纯品氧化锆中添加氧化物作为掺杂相稳定剂，可以大幅增加二氧化锆以立方晶体稳定存在的温度范围。氧化钇是常见的掺杂相稳定剂，但是单一的添加氧化钇仍然存在结晶度不高、粒径过大、产品性能不稳定、烧结条件苛刻等问题。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的第一目的在于提供一种钇稳定氧化锆陶瓷粉末，结晶度高、粒径小、性能稳定、易烧结。本发明的第二目的在于提供一种钇稳定氧化锆陶瓷粉末的制备方法，操作简单、成本低、容易实现产业化生产。本发明的第三目的在于提供一种钇稳定氧化锆陶瓷粉末的应用，用于制造假牙。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：一种钇稳定氧化锆陶瓷粉末，以摩尔百分比计，包括：氧化钇4-9％、氧化锆89-94％和氧化铝1-3％。将氧化钇和氧化铝同时掺杂到氧化锆中，有助于解决单纯掺杂氧化钇存在的问题。优选地，所述的钇稳定氧化锆陶瓷粉末，以摩尔百分比计，还包括：碳化硅0.01-0.03％和氧化镨钕0.05-0.1％；优选地，所述碳化硅的粒径为100-200纳米，所述氧化镨钕的粒径为50-100纳米。添加碳化硅和氧化镨钕的目的，是为了进一步提高粉末的烧结性能和增加二氧化锆以立方晶体稳定存在的温度范围，降低后期生产难度。对其粒径的限定，是为了改善粉末材料在使用过程中的韧性，拓展其使用范围。可选地，所述钇稳定氧化锆陶瓷粉末的粒径为50-200纳米。控制钇稳定氧化锆陶瓷粉末的粒径，是为了进一步优化产品的烧结性能和性能稳定性。一种所述的钇稳定氧化锆陶瓷粉末的制备方法，包括以下步骤：将二氯氧化锆用水溶解，然后加入硫酸钠或硫酸铵，升温至有固体析出，然后冷却、过滤得到硫酸锆；将氧化钇溶解至盐酸溶液中，得到氯化钇溶液；将所述硫酸锆用水溶解，然后与所述氯化钇溶液混合，程序滴加碱溶液并控制体系最终ph为10-13.1，过滤、洗涤得到沉淀物；将所述沉淀物干燥、煅烧，然后按比例加入水和所述氧化铝进行球磨得到浆料，所述浆料喷雾干燥得到所述钇稳定氧化锆陶瓷粉末。通过硫酸锆和氯化钇溶液中加入碱溶液并控制最终ph的方法，可以获得共生态稳定、分布合理的氢氧化锆和氢氧化钇混合沉淀，再经过煅烧、氧化铝混合球磨，最终获得结晶度高、性能稳定、易烧结的钇稳定氧化锆陶瓷粉末。优选地，所述程序滴加碱溶液为：第一阶段控制体系温度为30-50℃，滴加所述碱溶液使得体系ph到达8，然后搅拌30-60分钟；第二阶段控制体系温度为60-70℃，滴加所述碱溶液使得体系ph到达9，然后搅拌10-30分钟；第三阶段控制体系温度为75-78℃，滴加所述碱溶液至终点，然后搅拌5-15分钟。体系的温度、ph和搅拌时间是影响沉淀生成的三个因素，其中温度和ph是两个核心因素，用于控制沉淀的生成速度和两种沉淀的共生状态。前期因为物料浓度高，生成速度快，所以需要控制体系处于低温、弱碱环境下；随着反应的进行，体系内锆离子和钇离子浓度降低，则需要提供更高温度和更多的氢氧根进行反应。整体目的在于使得体系的反应速率、沉淀生成的过程更加均一、速度适中，从而使得氢氧化钇和氢氧化锆沉淀的生成状态可控并朝着有利于煅烧后获得性能更加优异的掺杂相氧化锆。优选地，所述干燥的温度为80-120℃。干燥温度的控制主要有如下几个目的：第一，控制干燥速度，使得生产效率保持在可接受范围内；第二，避免在干燥阶段就发生氢氧化锆和氢氧化钇之间的相互作用以及生成氧化锆和氧化钇的反应，减少干燥对后期煅烧的不良影响。优选地，所述煅烧的过程为：起始阶段，30-60分钟升温至1000-1050℃，然后保温10-30分钟，再在3-5分钟骤冷至300-350℃；中间阶段，控制升温速率5-10℃/分钟升温至1200-1300℃，保温30-50分钟；冷却阶段，控制冷却速率10-15℃/分钟降温至1110℃，然后控制冷却速率1-5℃/分钟降温至1090℃，再控制冷却速率10-20℃/分钟降温至500-800℃，最后控制冷却速率30-50℃/分钟降温至常温。现有技术中的煅烧手段，一般采取匀速升温、匀速降温或者程序升温、程序降温的方法；这种方法存在几个问题：第一，由于煅烧时物料堆叠的原因，使得其在横向和纵向方向实际存在着温度差，导致其实际上不能实现匀速的目的；第二，由于氧化锆在温度上升至约1173℃时会由单斜晶相转变成四方晶相，期间发生体积变化，导致匀速升温不能很好的适应这种变化；第三，氢氧化锆-氢氧化钇煅烧制备氧化锆-氧化钇的过程有几个关键的时间节点，匀速升温、降温会很快的跨越这几个关键点，使得体系不能很好的在这些节点发生作用，导致煅烧得到的物料不能做到很好的掺杂，进而导致产物性能不够稳定，增加后续使用时烧结的难度。优选地，所述球磨的过程为：先进行一次球磨，干燥得到粒径为1-3微米的粉末；陈腐24-48小时，然后加水进行二次球磨得到所述浆料。先球磨、干燥得到相对大颗粒的粉末，经过陈腐然后再二次球磨得到最终的浆料，这种做法有几点好处：第一，降低球磨难度；第二，使得最终喷雾干燥得到的物料的粒径分布范围更窄，均匀性更好；第三，在该步骤中引入陈腐的过程，使得物料加水球磨时的粘度、流动性改善，浆料的性能更加均一，改善喷雾干燥后的粉末的性能稳定性，避免后期使用时产生微裂纹。可选地，进行所述球磨时，还加入碳化硅和氧化镨钕。为了改善球磨的效果，还可以加入分散剂和粘结剂。一种所述的钇稳定氧化锆陶瓷粉末的应用，用于制造假牙。与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)结晶度高、性能稳定、易烧结；(2)粒径小，韧性好，使用范围广；(3)应用时不易发生微裂纹。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1将二氯氧化锆用水溶解，然后加入硫酸钠，升温至有固体析出，然后冷却、过滤得到硫酸锆；将氧化钇溶解至盐酸溶液中，得到氯化钇溶液；将硫酸锆用水溶解，然后与氯化钇溶液混合，第一阶段控制体系温度为30℃，滴加氢氧化钠溶液使得体系ph到达8，然后搅拌60分钟；第二阶段控制体系温度为60℃，滴加氢氧化钠溶液使得体系ph到达9，然后搅拌30分钟；第三阶段控制体系温度为75℃，滴加氢氧化钠溶液至体系最终ph为13.1，然后搅拌5分钟；过滤、洗涤得到沉淀物；将沉淀物120℃下干燥，然后进行煅烧：起始阶段，30分钟升温至1050℃，然后保温10分钟，再在5分钟骤冷至300℃；中间阶段，控制升温速率10℃/分钟升温至1200℃，保温50分钟；冷却阶段，控制冷却速率10℃/分钟降温至1110℃，然后控制冷却速率5℃/分钟降温至1090℃，再控制冷却速率10℃/分钟降温至800℃，最后控制冷却速率30℃/分钟降温至常温。然后按比例加入水和氧化铝，先进行一次球磨，干燥得到粒径为3微米的粉末；陈腐24小时，然后加水进行二次球磨得到浆料，浆料喷雾干燥得到钇稳定氧化锆陶瓷粉末。控制钇稳定氧化锆陶瓷粉末中，以摩尔百分比计，包括：氧化钇4％、氧化锆94％和氧化铝2％。实施例2将二氯氧化锆用水溶解，然后加入硫酸铵，升温至有固体析出，然后冷却、过滤得到硫酸锆；将氧化钇溶解至盐酸溶液中，得到氯化钇溶液；将硫酸锆用水溶解，然后与氯化钇溶液混合，第一阶段控制体系温度为50℃，滴加氨水使得体系ph到达8，然后搅拌30分钟；第二阶段控制体系温度为70℃，滴加氨水使得体系ph到达9，然后搅拌10分钟；第三阶段控制体系温度为78℃，滴加氨水至体系最终ph为10，然后搅拌15分钟；过滤、洗涤得到沉淀物；将沉淀物80℃下干燥，然后进行煅烧：起始阶段，60分钟升温至1000℃，然后保温30分钟，再在3分钟骤冷至350℃；中间阶段，控制升温速率5℃/分钟升温至1300℃，保温30分钟；冷却阶段，控制冷却速率15℃/分钟降温至1110℃，然后控制冷却速率1℃/分钟降温至1090℃，再控制冷却速率20℃/分钟降温至500℃，最后控制冷却速率50℃/分钟降温至常温。然后按比例加入水和氧化铝、碳化硅和氧化镨钕(碳化硅的粒径为100纳米，氧化镨钕的粒径为100纳米)，先进行一次球磨，干燥得到粒径为1微米的粉末；陈腐48小时，然后加水进行二次球磨得到浆料，浆料喷雾干燥得到钇稳定氧化锆陶瓷粉末。控制钇稳定氧化锆陶瓷粉末中，以摩尔百分比计，包括：氧化钇9％、氧化锆89.92％、氧化铝1％、碳化硅0.03％和氧化镨钕0.05％。实施例3将二氯氧化锆用水溶解，然后加入硫酸钠或硫酸铵，升温至有固体析出，然后冷却、过滤得到硫酸锆；将氧化钇溶解至盐酸溶液中，得到氯化钇溶液；将硫酸锆用水溶解，然后与氯化钇溶液混合，第一阶段控制体系温度为40℃，滴加氢氧化钾溶液使得体系ph到达8，然后搅拌50分钟；第二阶段控制体系温度为65℃，滴加氢氧化钾溶液使得体系ph到达9，然后搅拌20分钟；第三阶段控制体系温度为76℃，滴加氢氧化钾溶液至体系最终ph为11，然后搅拌10分钟；过滤、洗涤得到沉淀物；将沉淀物100℃下干燥，然后进行煅烧：起始阶段，40分钟升温至1020℃，然后保温20分钟，再在4分钟骤冷至320℃；中间阶段，控制升温速率8℃/分钟升温至1250℃，保温40分钟；冷却阶段，控制冷却速率12℃/分钟降温至1110℃，然后控制冷却速率2℃/分钟降温至1090℃，再控制冷却速率15℃/分钟降温至700℃，最后控制冷却速率40℃/分钟降温至常温。然后按比例加入水和氧化铝、碳化硅和氧化镨钕(碳化硅的粒径为200纳米，氧化镨钕的粒径为50纳米)，先进行一次球磨，干燥得到粒径为2微米的粉末；陈腐36小时，然后加水进行二次球磨得到浆料，浆料喷雾干燥得到钇稳定氧化锆陶瓷粉末。控制钇稳定氧化锆陶瓷粉末中，以摩尔百分比计，包括：氧化钇8％、氧化锆89％、氧化铝2.89％、碳化硅0.01％和氧化镨钕0.1％。实施例4将二氯氧化锆用水溶解，然后加入硫酸钠或硫酸铵，升温至有固体析出，然后冷却、过滤得到硫酸锆；将氧化钇溶解至盐酸溶液中，得到氯化钇溶液；将硫酸锆用水溶解，然后与氯化钇溶液混合，第一阶段控制体系温度为35℃，滴加碱溶液使得体系ph到达8，然后搅拌40分钟；第二阶段控制体系温度为68℃，滴加碱溶液使得体系ph到达9，然后搅拌15分钟；第三阶段控制体系温度为77℃，滴加碱溶液至体系最终ph为12，然后搅拌12分钟；过滤、洗涤得到沉淀物；将沉淀物90℃下干燥，然后进行煅烧：起始阶段，50分钟升温至1005℃，然后保温15分钟，再在3分钟骤冷至330℃；中间阶段，控制升温速率6℃/分钟升温至1220℃，保温45分钟；冷却阶段，控制冷却速率14℃/分钟降温至1110℃，然后控制冷却速率4℃/分钟降温至1090℃，再控制冷却速率12℃/分钟降温至600℃，最后控制冷却速率35℃/分钟降温至常温。然后按比例加入水和氧化铝、碳化硅和氧化镨钕(碳化硅的粒径为150纳米，氧化镨钕的粒径为80纳米)，先进行一次球磨，干燥得到粒径为2微米的粉末；陈腐48小时，然后加水进行二次球磨得到浆料，浆料喷雾干燥得到钇稳定氧化锆陶瓷粉末。控制钇稳定氧化锆陶瓷粉末中，以摩尔百分比计，包括：氧化钇4.5％、氧化锆92.4％、氧化铝3％、碳化硅0.02％和氧化镨钕0.08％。比较例1与实施例1相比，不使用程序滴加的方法调节ph，直接一步调节到13.1。比较例2与实施例2相比，采用5℃/分钟的升温速率，匀速升温至1300℃，保温30分钟，然后自然冷却至常温的方法煅烧。比较例3与实施例3相比，不使用两次球磨，一次球磨完成。对实施例1-4和比较例1-3得到的材料进行性能测试，结果如下表1所示。具体测试项目为：1.钇稳定氧化锆陶瓷粉末压饼，1400℃/3h成瓷后，测量密度；2.在1020℃下煅烧3小时，应用孔径及比表面积分析仪对其比表面积进行测定；3.应用gb/t230.1-2009对材料进行测定洛氏硬度；4.用万能测试机sans.cmt4104对材料测定断裂强度。具体测试结果如下表1所示：表1测试结果项目密度g/cm3比表面积m2/g洛氏硬度hrb断裂强度n实施例16.0889.01235实施例26.0710.590.01255实施例36.061191.01251实施例46.061291.01256比较例15.856.979.01043比较例25.566.575.01062比较例35.627.081.01101上述测试数据表明，程序滴加碱溶液、煅烧程序和球磨方法均会对所得的钇稳定氧化锆陶瓷粉末产生影响。本申请提供的钇稳定氧化锆陶瓷粉末，结晶度高、性能稳定、易烧结；粒径小，韧性好，使用范围广；应用时不易发生微裂纹。尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。当前第1页12