阅读说明：本技术 一种绝缘定位陶瓷套件材料及其制备工艺 (Insulating and positioning ceramic external member material and preparation process thereof ) 是由 晏志新 吴涛 于 2020-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种绝缘定位陶瓷套件材料及其制备工艺,涉及陶瓷材料技术领域。本发明公开的绝缘定位陶瓷套件材料由以下重量份数的原料组成：氧化锆40-70份、氧化铝纤维10-20份、氧化铜5-10份、氧化铁5-10份、氧化钇5-10份、二硒化铌2-5份、石墨2-5份、水玻璃0.5-1份和除泡剂0.1-0.5份,所述除泡剂为聚二甲基硅氧烷。此外,本发明还提供了绝缘定位陶瓷套件材料的制备方法。本发明的绝缘定位陶瓷套件材料不导电、不导磁,具有高强度、高韧性和高耐磨性,在高温条件下工作,不易变形,不易磨损,不易断裂,延长了定位陶瓷套件的使用寿命,且制备工艺简单,加工成本较低。(The invention discloses an insulating and positioning ceramic external member material and a preparation process thereof, and relates to the technical field of ceramic materials. The invention discloses an insulating positioning ceramic external member material which is composed of the following raw materials in parts by weight: 40-70 parts of zirconium oxide, 10-20 parts of aluminum oxide fiber, 5-10 parts of copper oxide, 5-10 parts of ferric oxide, 5-10 parts of yttrium oxide, 2-5 parts of niobium diselenide, 2-5 parts of graphite, 0.5-1 part of water glass and 0.1-0.5 part of defoaming agent, wherein the defoaming agent is polydimethylsiloxane. In addition, the invention also provides a preparation method of the insulating positioning ceramic suite material. The insulating positioning ceramic external member material provided by the invention is non-conductive and non-magnetic, has high strength, high toughness and high wear resistance, is not easy to deform, wear and break when working under a high-temperature condition, prolongs the service life of the positioning ceramic external member, and is simple in preparation process and low in processing cost.)

一种绝缘定位陶瓷套件材料及其制备工艺

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种绝缘定位陶瓷套件材料及其制备工艺。

背景技术

定位套件就是参与限制物品***的零件，在由两部分或更多部分构成的模具中，使模具相邻两部分准确定位而设计的定位部件。定位套件作为当代机械设备非常重要的机械基础零部件，广泛应用于科技和经济的各个领域。现有的定位套件可分为定位金属套件、定位塑胶套件和定位陶瓷套件。定位金属套件耐腐蚀性差、不耐磨且导电，对于有些特殊领域不适应；而定位塑胶套件的硬度差，易变形，不耐高温，使用寿命短，只适用于特定领域。由于工业技术的不断发展，在一些比较苛刻的条件下，如航空、航天、核能、化学、石油、食品等领域，需要定位套件在高温、高压、腐蚀、真空、无润滑等特殊环境下仍然能够正常工作，定位塑胶套件和定位金属套件已经远远不能满足使用要求，因此，定位陶瓷套件得到了逐步的应用。

定位陶瓷套件具有极强的耐腐蚀性，强酸、强碱、海水中亦可使用，并且还具有高硬度、不导电、不导磁等优异性能，这是定位金属套件所无法比拟的。然而陶瓷材料用于制造定位套件还存在一些问题，如：作为定位件使用时，在两模具间定位，当压力过大时，材料易脆断；高温条件下，易开裂；材料耐磨性不佳，易磨损，使用寿命低；材料的烧结温度高，加工困难，加工成本较高等问题，影响了定位陶瓷的应用效果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种绝缘定位陶瓷套件材料及其制备工艺，该定位陶瓷套件不导电、不导磁，具有高强度、高韧性和高耐磨性，在高温条件下工作，不易变形，不易磨损，不易断裂，延长了定位陶瓷套件的使用寿命，且制备工艺简单，加工成本较低。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种绝缘定位陶瓷套件材料，由以下重量份数的原料组成：氧化锆40-70份、氧化铝纤维10-20份、氧化铜5-10份、氧化铁5-10份、氧化钇5-10份、二硒化铌2-5份、石墨2-5份、水玻璃0.5-1份和除泡剂0.1-0.5份，所述除泡剂为聚二甲基硅氧烷。

进一步的，所述绝缘定位陶瓷套件材料，由以下重量份数的原料组成：氧化锆50-60份、氧化铝纤维12-18份、氧化铜6-8份、氧化铁6-9份、氧化钇7-8份、二硒化铌3-4份、石墨2-5份、水玻璃0.6-0.8份和除泡剂0.2-0.4份。

进一步的，所述绝缘定位陶瓷套件材料，以下重量份数的原料组成：氧化锆55份、氧化铝纤维15份、氧化铜7份、氧化铁7份、氧化钇7.5份、二硒化铌3.5份、石墨4份、水玻璃0.7份和除泡剂0.3份。

根据上述所述的绝缘定位陶瓷套件材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按上述重量份数分别称取氧化锆、氧化铝纤维、氧化铜、氧化铁、氧化钇和石墨，混合均匀，研磨至平均粒径为40-60μm的颗粒状粉末，制得混合物A；

(2)将上述重量份数的二硒化铌、水玻璃和除泡剂加入到上述混合物A中，搅拌30min后与水混合均匀，然后置于球磨机中，球磨6-8h，制得所需浆料；

(3)将步骤(2)中研磨的浆料抽滤，然后用离心式喷雾干燥机加工成平均粒径小于40μm的颗粒状粉末，备用；

(4)将步骤(3)制得的粉末装入所需形状的热压模具中，在250-350MPa下压制成型，制得毛坯；

(5)将步骤(4)制得的毛坯置于烧结炉中，烧结炉中的压强设置为2-3MPa，在氧气气氛下，以5-10℃/min的速率升温至1300-1500℃进行烧结，保温时间为8-10h，最后以5℃/min的速率冷却至室温，取出，制得所述绝缘定位陶瓷套件材料。

进一步的，所述步骤(2)中水的质量为所述绝缘定位陶瓷套件材料各原料组分总质量的2-3倍。

进一步的，所述步骤(2)中球磨速率为200-250r/min，球料比为6:1。

本发明取得了以下有益效果：

1、本发明的氧化锆具有较高的熔点、较大的硬度和较好的耐磨性，并具有低热导率和低膨胀系数，当在氧化锆陶瓷制备过程中加入氧化钇、氧化铜和氧化铁时，经高温烧制的氧化锆陶瓷生成两种晶体，即立方晶体和四方晶体。当陶瓷受到外力作用时，四方晶体便变成一种单斜晶体，体积迅速“膨胀”。由于晶体的体积急速增大，进而可阻止陶瓷中原先存在的细微裂纹的扩展。从而本发明的不易产生裂纹，增加了绝缘定位陶瓷的韧性。

2、本发明的氧化铝纤维是一种主要成分为氧化铝的多晶质无机纤维，加入到氧化锆陶瓷中，用于稳定氧化锆晶相，并抑制高温下氧化锆晶粒的生长，从而使氧化锆陶瓷保持致密的晶体结构，高强度的氧化铝纤维也能分担部分外加的负荷，从而提高绝缘定位陶瓷的强度；氧化铝纤维与氧化锆基体间形成弱界面，用来洗手外界能量，改善了陶瓷材料脆性，从而提高了绝缘定位陶瓷的韧性。

3、本发明的氧化铜和有氧化铁作为固体润滑剂配合使用，在高温摩擦，能有效地降低摩擦系数，减少摩擦热量的产生，能有效地提高绝缘定位陶瓷的高温使用性能，延长绝缘定位陶瓷的使用寿命。

4、本发明的二硒化铌和石墨作为固体润滑剂和分散剂，能使其它原料分散均匀，还能有效降低摩擦系数，增强绝缘定位陶瓷的耐磨性能。

5、本发明的水玻璃中二氧化硅成分与氧化钇协同作用，能够抑制氧化锆分解，通过液相烧结，利用溶解、扩散完成材料的致密化；水玻璃作为粘结剂，高温作用下熔化，能将其他原料紧密的粘结在一起，使烧结过程不会产生分散、坍塌现象。

6、本发明的氧化锆是一种氧离子导体，掺入低价的离子如Cu²⁺、Fe³⁺等，会替代部分Zr⁴⁺，会产生O^2-的空位，但本发明烧结过程是在氧气氛围下进行的，高温条件下，Zr⁴⁺不会被替代，绝缘定位陶瓷材料中不会或极少有O^2-的空位，因此，本发明的导电性不会随温度升高而增强，绝缘定位陶瓷材料在高温条件下具有优良的绝缘性。

7、本发明采用氧化沟作为基体，通过加入氧化锆、氧化铝纤维、氧化铜、氧化铁、氧化钇、二硒化铌、、水玻璃和除泡剂，各组分相互配合，在各组分的协同作用下，提高了绝缘定位陶瓷套件材料的耐磨性能、硬度和韧性，并且在高温条件下工作，不易变形，不易磨损，不易断裂，延长了定位陶瓷套件的使用寿命；本发明的制备工艺简单，烧结温度较低，降低了陶瓷的加工成本。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合具体实施例对本发明的绝缘定位陶瓷套件材料及其制备工艺及其制备方法及其制备方法予以说明。

剂料比为水的质量与绝缘定位陶瓷套件材料各原料组分总质量的比重。

实施例1：绝缘定位陶瓷套件材料

一种绝缘定位陶瓷套件材料，由以下重量份数的原料组成：氧化锆40份、氧化铝纤维20份、氧化铜10份、氧化铁10份、氧化钇10份、二硒化铌5份、石墨3.5份、水玻璃1份和除泡剂0.5份，除泡剂为聚二甲基硅氧烷。

上述绝缘定位陶瓷套件材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按上述重量份数分别称取氧化锆、氧化铝纤维、氧化铜、氧化铁、氧化钇和石墨，混合均匀，研磨至平均粒径为40-60μm的颗粒状粉末，制得混合物A。

(2)将上述重量份数的二硒化铌、水玻璃和除泡剂加入到上述混合物A中，搅拌30min后与水混合均匀，然后置于球磨机中，球磨6-8h，制得所需浆料。其中，剂料比为2:1，球磨速率为200-250r/min，球料比为6:1。

(3)将步骤(2)中研磨的浆料抽滤，然后用离心式喷雾干燥机加工成平均粒径小于40μm的颗粒状粉末，备用。

(4)将步骤(3)制得的粉末装入所需形状的热压模具中，在250-350MPa下压制成型，制得毛坯。

(5)将步骤(4)制得的毛坯置于烧结炉中，烧结炉中的压强设置为2-3MPa，在氧气气氛下，以5℃/min的速率升温至1300-1500℃进行烧结，保温时间为8h，最后以5℃/min的速率冷却至室温，取出，制得绝缘定位陶瓷套件材料。

实施例2：绝缘定位陶瓷套件材料

一种绝缘定位陶瓷套件材料，由以下重量份数的原料组成：氧化锆70份、氧化铝纤维10份、氧化铜5份、氧化铁5份、氧化钇5份、二硒化铌2份、石墨2份、水玻璃0.9份和聚二甲基硅氧烷0.1份。

上述绝缘定位陶瓷套件材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按上述重量份数分别称取氧化锆、氧化铝纤维、氧化铜、氧化铁、氧化钇和石墨，混合均匀，研磨至平均粒径为40-60μm的颗粒状粉末，制得混合物A。

(2)将上述重量份数的二硒化铌、水玻璃和聚二甲基硅氧烷加入到上述混合物A中，搅拌30min后与水混合均匀，然后置于球磨机中，球磨6-8h，制得所需浆料。其中，剂料比为3:1，球磨速率为200-250r/min，球料比为6:1。

(3)将步骤(2)中研磨的浆料抽滤，然后用离心式喷雾干燥机加工成平均粒径小于40μm的颗粒状粉末，备用。

(4)将步骤(3)制得的粉末装入所需形状的热压模具中，在250-350MPa下压制成型，制得毛坯。

(5)将步骤(4)制得的毛坯置于烧结炉中，烧结炉中的压强设置为2-3MPa，在氧气气氛下，以10℃/min的速率升温至1300-1500℃进行烧结，保温时间为10h，最后以5℃/min的速率冷却至室温，取出，制得绝缘定位陶瓷套件材料。

实施例3：绝缘定位陶瓷套件材料

一种绝缘定位陶瓷套件材料，由以下重量份数的原料组成：氧化锆50份、氧化铝纤维18份、氧化铜6份、氧化铁9份、氧化钇8份、二硒化铌3份、石墨5份、水玻璃0.6份和聚二甲基硅氧烷0.4份。

上述绝缘定位陶瓷套件材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按上述重量份数分别称取氧化锆、氧化铝纤维、氧化铜、氧化铁、氧化钇和石墨，混合均匀，研磨至平均粒径为40-60μm的颗粒状粉末，制得混合物A。

(2)将上述重量份数的二硒化铌、水玻璃和聚二甲基硅氧烷加入到上述混合物A中，搅拌30min后与水混合均匀，然后置于球磨机中，球磨6-8h，制得所需浆料。其中，剂料比为2:1，球磨速率为200-250r/min，球料比为6:1。

(3)将步骤(2)中研磨的浆料抽滤，然后用离心式喷雾干燥机加工成平均粒径小于40μm的颗粒状粉末，备用。

(4)将步骤(3)制得的粉末装入所需形状的热压模具中，在250-350MPa下压制成型，制得毛坯。

(5)将步骤(4)制得的毛坯置于烧结炉中，烧结炉中的压强设置为2-3MPa，在氧气气氛下，以8℃/min的速率升温至1300-1500℃进行烧结，保温时间为9h，最后以5℃/min的速率冷却至室温，取出，制得绝缘定位陶瓷套件材料。

实施例4：绝缘定位陶瓷套件材料

一种绝缘定位陶瓷套件材料，由以下重量份数的原料组成：氧化锆60份、氧化铝纤维12份、氧化铜8份、氧化铁6份、氧化钇7份、二硒化铌4份、石墨2份、水玻璃0.8份和聚二甲基硅氧烷0.2份。

上述绝缘定位陶瓷套件材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按上述重量份数分别称取氧化锆、氧化铝纤维、氧化铜、氧化铁、氧化钇和石墨，混合均匀，研磨至平均粒径为40-60μm的颗粒状粉末，制得混合物A。

(2)将上述重量份数的二硒化铌、水玻璃和聚二甲基硅氧烷加入到上述混合物A中，搅拌30min后与水混合均匀，然后置于球磨机中，球磨6-8h，制得所需浆料。其中，剂料比为3:1，球磨速率为200-250r/min，球料比为6:1。

(3)将步骤(2)中研磨的浆料抽滤，然后用离心式喷雾干燥机加工成平均粒径小于40μm的颗粒状粉末，备用。

(4)将步骤(3)制得的粉末装入所需形状的热压模具中，在250-350MPa下压制成型，制得毛坯。

(5)将步骤(4)制得的毛坯置于烧结炉中，烧结炉中的压强设置为2-3MPa，在氧气气氛下，以8℃/min的速率升温至1300-1500℃进行烧结，保温时间为9h，最后以5℃/min的速率冷却至室温，取出，制得绝缘定位陶瓷套件材料。

实施例5：绝缘定位陶瓷套件材料

一种绝缘定位陶瓷套件材料，由以下重量份数的原料组成：氧化锆55份、氧化铝纤维15份、氧化铜7份、氧化铁7份、氧化钇7.5份、二硒化铌3.5份、石墨4份、水玻璃0.7份和聚二甲基硅氧烷0.3份。

上述绝缘定位陶瓷套件材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按上述重量份数分别称取氧化锆、氧化铝纤维、氧化铜、氧化铁、氧化钇和石墨，混合均匀，研磨至平均粒径为40-60μm的颗粒状粉末，制得混合物A。

(2)将上述重量份数的二硒化铌、水玻璃和聚二甲基硅氧烷加入到上述混合物A中，搅拌30min后与水混合均匀，然后置于球磨机中，球磨6-8h，制得所需浆料。其中，剂料比为3:1，球磨速率为200-250r/min，球料比为6:1。

(3)将步骤(2)中研磨的浆料抽滤，然后用离心式喷雾干燥机加工成平均粒径小于40μm的颗粒状粉末，备用。

(4)将步骤(3)制得的粉末装入所需形状的热压模具中，在250-350MPa下压制成型，制得毛坯。

(5)将步骤(4)制得的毛坯置于烧结炉中，烧结炉中的压强设置为2-3MPa，在氧气气氛下，以8℃/min的速率升温至1300-1500℃进行烧结，保温时间为9h，最后以5℃/min的速率冷却至室温，取出，制得绝缘定位陶瓷套件材料。

将上述实施例1-5所制得的绝缘定位陶瓷套件材料，其各项指标进行测试，具体检测结果见下表1。

表1实施例1-5的性能测试结果表

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						抗压强度/MPa	2562	2574	2628	2610	2752
抗弯强度/MPa	958	989	1025	1087	1163
						摩擦系数	0.12	0.11	0.08	0.10	0.06
维氏硬度/GPa	14.2	13.7	15.8	16.3	17.5
						电阻率/Ω.m(25℃)	3.5×10<sup>13</sup>	4.8×10<sup>13</sup>	6.7×10<sup>13</sup>	5.8×10<sup>13</sup>	7.5×10<sup>13</sup>
电阻率/Ω.m(500℃)	8.9×10<sup>11</sup>	9.1×10<sup>11</sup>	5.3×10<sup>12</sup>	3.8×10<sup>12</sup>	8.3×10<sup>12</sup>
						电阻率/Ω.m(1000℃)	1.1×10<sup>10</sup>	2.5×10<sup>10</sup>	3.7×10<sup>11</sup>	1.5×10<sup>11</sup>	5.2×10<sup>11</sup>
电阻率/Ω.m(1500℃)	8.4×10<sup>3</sup>	5.6×10<sup>4</sup>	9.7×10<sup>5</sup>	6.2×10<sup>5</sup>	1.8×10<sup>6</sup>

根据以上实施例1-5试验结果，可以看出，本发明的绝缘定位陶瓷套件材料的摩擦系数低，抗压强度、抗弯强度、维氏硬度高，本发明在1000℃时具有较高的电阻率，即本发明在1000℃时为绝缘体，则本发明具有高强度、高韧性、高耐磨性，且高温时具有很好的绝缘性能，延长了本发明的适应范围和使用寿命。还可以看出，实施例5中各组分的含量为本发明的最优配比。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。