一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法

本发明涉及绿色微波冶金，涉及一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法。

背景技术：

1、氧化锆具有高熔点、高电阻率、耐化学腐蚀性和耐磨性等特殊化学和物理性质。因此，氧化锆在耐高温材料、陶瓷保温材料、陶瓷遮光剂等方面的应用广泛，因而在航空航天、大型火电、化工、冶金等领域受到极大的关注。此外，氧化锆还在改善高温结构陶瓷、电子陶瓷和生物陶瓷的性能等方面表现优异。

2、然而，氧化锆在马氏体相变过程中发生3％-5％的体积膨胀/收缩，导致该潜在材料的微观组织出现裂纹，从而导致不稳定的热行为。研究人员解决了这一问题，将掺杂作为控制氧化锆相结构稳定性的关键因素之一。掺杂使掺杂剂的阳离子取代了zr4+的位置，从而形成了取代固溶体。掺杂氧化钙稳定氧化锆具有成本低、离子电导率高、导热系数低、抗热震性能好等优点，在氧气传感器和高温加热器中得到了广泛的应用。

3、目前，电熔是氧化锆材料制备的主要方法。电熔具有工艺简单、工艺时间短、产品成本低等优点。然而，该工艺也存在缺点，如生产的样品稳定性低，热处理温度高，能耗高。因此，需要一种能够在短时间内优化部分稳定氧化锆样品稳定性的制备方法。在部分稳定氧化锆的制备方法中，微波加热引起了研究人员的关注。微波加热时，反应物分子的内部结构会发生振荡，从而产生加热能量。与电熔相比，微波加热具有选择性加热、加热迅速、节能、高效等优点。此外，微波加热可以控制晶体形态，提高部分稳定氧化锆的稳定性。

技术实现思路

1、[要解决的技术问题]

2、纯氧化锆马氏体相变过程中发生3％-5％的体积膨胀/收缩，导致该潜在材料的微观组织出现裂纹，从而导致不稳定的热行为。

3、[技术方案]

4、提供一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，该方法包括如下步骤：

5、a、将按比例称量好的氢氧化钙与氢氧化锆药品混合加入水中配制成粘性水溶液，同时加入分散剂peg400。

6、b、将该混合溶液放置在集热式恒温加热磁力搅拌器中搅拌分散。

7、c、将搅拌均匀的乳白色样品放置于烘箱中干燥。

8、d、将干燥后的样品研磨成粉末，放入电弧炉中还原熔炼。

9、e、将还原后的前驱体压制成长方体形生坯，放入微波卧式反应器中进行烧结，得到掺杂氧化钙增韧氧化锆的成品。

10、2、其中，上述掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法中，步骤a中所述氢氧化钙与氢氧化锆药品的摩尔比为1:19。

11、3、其中，上述掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法中，步骤a中所述分散剂peg400质量为药品总质量的5％。

12、4、其中，上述掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法中，步骤a中所述的粘性水溶液浓度为0.4mol/l。

13、5、其中，上述掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法中，步骤b中所述的集热式恒温加热磁力搅拌器温度控制为50℃，搅拌速率控制在600r/min。

14、6、其中，上述掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法中，步骤c中所述的烘箱的烘干温度为90℃、烘干时间为10h。

15、7、其中，上述掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法中，步骤d中所述的电弧炉还原温度为600℃，保温时间2h。

16、8、其中，上述掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法中，步骤e中所述的压制成坯，的压力为1×106pa，形状为长×宽约为4×3cm，厚度约为1.5cm的长方体形生坯。

17、9、其中，上述掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法中，步骤e中所述的微波烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为1h。

18、[有益效果]

19、本发明在氧化锆中有效掺入氧化钙达到相变增韧的效果，实现了可控制备氧化钙部分稳定氧化锆成品，构建部分稳定氧化锆微波加热可控制备的技术原型。分别探究了煅烧温度、保温时间等实验条件对制备样品的影响，通过对制备出的样品中部分稳定氧化锆的稳定率大小关系和raman图谱四方相含量的比较，得出以氧化钙为稳定剂的部分稳定氧化锆在煅烧温度为1200℃，保温时间为1h时为最佳制备部分稳定氧化锆的最佳工艺，微波加热能够有效降低相变温度和在较短保温时间内实现制备优质部分稳定氧化锆的工艺条件。同时，微波热处理制备氧化锆反应时间短、升温速率快，易于形成颗粒尺寸小，且分布均匀的微观结构，无副产物产生，更有利于绿色环保。

技术特征：

1.一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，涉及用高温电弧炉还原熔炼法和微波加热煅烧法处理氧化钙氧化锆固溶体，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，其特征在于，步骤a中所述氢氧化钙与氢氧化锆药品的摩尔比为1:19。

3.根据权利要求1所述的一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，其特征在于，步骤a中所述分散剂peg400质量为药品总质量的5％。

4.根据权利要求1所述的一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，其特征在于，步骤a中所述的粘性水溶液浓度为0.4mol/l。

5.根据权利要求1所述的一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，其特征在于，步骤b中所述的集热式恒温加热磁力搅拌器温度控制为50℃，搅拌速率控制在600r/min。

6.根据权利要求1所述的一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，其特征在于，步骤c中所述的烘箱的烘干温度为90℃、烘干时间为10h。

7.根据权利要求1所述的一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，其特征在于，步骤d中所述的电弧炉还原温度为600℃，保温时间2h。

8.根据权利要求1所述的一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，其特征在于，步骤e中所述的压制成坯，采用的压力为1×106pa，形状为长×宽约为4×3cm，厚度约为1.5cm的长方体形生坯。

9.根据权利要求1所述的一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，其特征在于，步骤e中所述的微波烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为1h。

技术总结
本发明公开了一种掺杂氧化钙增韧氧化锆的可控制备方法，构建部分稳定氧化锆微波加热可控制备的技术原型。通过对实验样品的分析表征，以及控制煅烧温度和保温时间的实验条件来研究氧化钙部分稳定氧化锆相变的影响。微波加热制备氧化钙部分稳定氧化锆的实验结果表明，微波作用下氧化锆在升温阶段的马氏体相变温度有所降低。同时，微波热处理制备氧化钙部分稳定氧化锆反应时间短、升温速率快，易于形成颗粒尺寸小，且分布均匀的微观结构，无副产物产生，更有利于绿色环保。由此表明，本发明具有良好而广泛的适用性，对于样品均具有良好的改性能力，所制备的氧化锆样品符合现代陶瓷应用的要求。

技术研发人员：陈菓,邱宏菊,高磊
受保护的技术使用者：云南民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13