一种氧化锆陶瓷中心棒及其制备方法【技术领域】，尤其涉及一种氧化锆陶瓷中心棒及其制备方法。[0002]金属中心棒是一类应用于散热的棒材，传统的中心棒有铜中心棒、铝中心棒和不锈钢中心棒。传统的不锈钢中心棒在高温环境下易变形、易膨胀，传统的不锈钢表层易生锈，使用寿命短，保养维护不方便。另外，传统的铜中心棒，易变形，价格高；传统的铝中心棒，易变形，散热性能差。另外，传统的金属中心棒生产工艺复杂，生产效率低，经济效益差。
[0003]本发明为克服上述缺陷而提供了一种氧化锆陶瓷中心棒，该中心棒在高温环境下不变形、不膨胀，强度好，韧性高，该中心棒表层不生锈，使用寿命长，价格低，散热性能好，保养维护方便；该氧化锆陶瓷中心棒生产工艺简单，生产效率高，经济效益好，有利于大规模推广应用。[0004]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。[0005]一种氧化锆陶瓷中心棒，包括以下质量百分比的原料:[0006]氧化锆80-90%[0007]氧化镁5-10%
[0008]氧化镱5_10%。
[0009]氧化锆(Zr02)自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英石。锆英石系火成岩深层矿物，颜色有淡黄、棕黄、黄绿等，比重4.6-4.7，硬度7.5，具有强烈的金属光泽，可为陶瓷釉用原料。
[0010]氧化锆性状:白色重质无定形粉末或单斜结晶。无臭。无味。在1100°C以上形成四方晶体，在1900°c以上形成立方晶体。一般常含有少量二氧化铪，与碳酸钠共熔生成锆酸钠，锆酸钠遇水能水解成氢氧化钠和几乎不溶于水的氢氧化锆。溶于2份硫酸和1份水的混合液中，微溶于盐酸和硝酸，慢溶于氢氟酸，几乎不溶于水。相对密度5.85。熔点2680°C，耐火度为2200°C。沸点4300°C。折光率2.2。半数致死量(小鼠，腹腔)37mg/kg。有刺激性。
[0011]氧化锆性能:氧化锆具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。
[0012]氧化锆有3种晶型，属于多晶相转化物。稳定的低温相为单斜相；高于1000°C时，四方相逐渐形成；高于2370°C时，转变为立方晶相。
[0013] 氧化锆熔点2700°C，莫氏硬度7，有两种变体，1000°C以下为单斜晶系(密度
5.68g/cm3)，1000°C时生成四方晶系(密度6.10g/cm3)，此晶型转变为可逆转变，冷却过程中晶型转化时伴有7%的体积膨胀，可导致制品开裂。加入稳定剂与Zr02生成立方晶系固溶体，可消除由上述晶型转化带来的体积膨胀。氧化锆热导率低(1000°C，2.09ff/(m.K))，线膨胀系数大(25~1500°C 9.4X10-6/°C )，高温结构强度高，1000°C时耐压强度可达1200~1400MPa。导电性好，具有负的电阻温度系数，电阻率1000°C时104 Ω.cm, 1700°C时6~7Ω.cm0化学稳定性好，2000°C以下对多种熔融金属、硅酸盐、玻璃等不起作用。苛性碱、碳酸盐和各种酸(浓硫酸和氢氟酸除外)的溶液与氧化锆不起作用。
[0014]氧化锆的应用:氧化锆材料具有高硬度，高强度，高韧性，极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等等优良的物化性能， 氧化锆已经在陶瓷、耐火材料、机械、电子、光学、光纤通信、钟表饰品、航空航天、生物、化学等等各种领域获得广泛的应用。由于耐磨性较佳机械行业常用来做为转动机构，如:轴承、轴芯等。
[0015]另外氧化锆还可用于白热煤气灯罩、搪瓷、白色玻璃、耐火坩埚等的制造。X射线照相。研磨材料。与钇一起用以制造红外线光谱仪中的光源灯。
[0016]氧化镁:氧化镁(化学式:MgO)是镁的氧化物，一种离子化合物。常温下为一种白色固体。氧化镁以方镁石形式存在于自然界中，是冶镁的原料。
[0017]氧化镁性状:白色无定型粉末。无臭、无味、无毒。因制备方法不同，有轻质和重质之分。在可见和近紫外光范围内有强折射性。露置空气中易吸收水分和二氧化碳而逐渐成为碱式碳酸镁，轻质较重质更快，与水结合生成氢氧化镁，呈微碱性反应，饱和水溶液的ρΗΙΟ.3。但极易溶于稀酸,极微溶于纯水，因二氧化碳的存在而增加其溶解度，它是一种温和的催化剂。不溶于乙醇。相对密度(d254) 3.58。熔点2852°C。沸点3600°C。
[0018]氧化镁用途:1、用于橡胶、塑料、电线、电缆染料、油漆、玻璃、陶瓷、化学试剂、医药、食品添加剂等；2、图书馆中用于防止书籍被酸腐蚀；3、用于导线的绝缘皮；4、用于治疗胃灼热、胃酸和酸性消化不良；5、用作短效轻泻剂；6、用作镁补充剂；7、因其难熔，可用作熔炉衬里；8、在比色法中用作白色的参照物；(发射率约为0.9) 9、压细的氧化镁可用作光学涂料。涂层厚度在300纳米至7毫米之间时，涂层是透明的。I毫米厚的涂层折射率为
1.72 ;10、用于攀石用途，可吸手汗；11、主要用于配制内服药剂以中和过多的胃酸；常用的
制剂有:镁乳-乳状液；镁盖片-每片含MgO0.1g,;制酸散-氧化镁和碳酸氢钠混合
制成的散剂等。
[0019]氧化镱:化学式为Yb203，白色略带微绿色粉末，密度9.17g/cm3，熔点2372°C，沸点4070°C。不溶于水和冷酸，溶于温稀酸，用于热屏蔽涂层材料、电子材料、有源器件材料、电池材料、生物制药等。
[0020]优选地，一种氧化锆陶瓷中心棒，包括以下质量百分比的原料:
[0021]氧化锆80-85%
[0022]氧化镁5-10%
[0023]氧化镱5_10%。
[0024]优选地，所述氧化锆陶瓷中心棒的原料还包括质量百分比为5-10%的铝。
[0025]铝，银白色轻金属。有延展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，难溶于水。相对密度27.0。熔点660°C。沸点2327°C。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。应用极为广泛。[0026]优选地，所述氧化锆陶瓷中心棒的原料还包括质量百分比为5-10%的铜。
[0027]铜，铜是一种化学元素，它的化学符号是Cu (拉丁语:Cuprum)，它的原子序数是29，是一种过渡金属。常见化合价+1和+2。电离能7.726电子伏特。铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定。但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的铜锈(本质碱式碳酸铜Cu2 (OH)2CO3),这也叫铜绿。可溶于硝酸和热浓硫酸，略溶于盐酸。容易被碱侵蚀。
[0028]优选地，所述氧化锆陶瓷中心棒的原料还包括质量百分比为2.5-5%的铝和
2.5-5% 的铜。
[0029]其中，所述氧化锆为立方晶相氧化锆和纳米氧化锆以质量比为3-5:1-2的比例混合的混合物。
[0030]利用纳米氧化锆的小质量和高表面能，使得纳米氧化锆附着在立方晶相氧化锆表面，形成核壳层的复合结构。在混炼的过程中，纳米氧化锆附着在立方晶相氧化锆的表面随着立方晶相氧化锆一起运动，有效避免了纳米氧化锆的团聚现象；另外由于纳米氧化锆具有高的表面能，它与氧化镁、氧化镱、铝和铜的混合物结合更加紧密，因此立方晶相氧化锆可以通过附着在其表面的纳米氧化锆与氧化镁、氧化镱、铝和铜的混合物结合更加紧密；没有附着在立方晶相氧化锆表面的纳米氧化锆将填充到氧化镁、氧化镱、铝和铜的混合物的各种间隙，表现出纳米材料的各种优点，克服了单独使用立方晶相氧化锆或纳米氧化锆的缺点，保持良好物理机械性能。
[0031]一种氧化锆陶瓷中心棒的制备方法，其特征在于，包括以下加工步骤:
[0032]步骤A、按照配方量准确称取原料并将其混合均匀，备用；
[0033]步骤B、将步骤A中混合均匀的原料使用振动马达和模具的结合体装入到模具中，使原料填满模具，并且原料之间紧密结合，将模具的开口封闭；
[0034]步骤C、将模具插入金属管中，然后将金属管放入等静油压机里面，使用等静油压机将模具中的原料压紧成型，变成棒状固体；
[0035]步骤D、从等静油压机取出模具，将其放置在氧化铝空心球砖上，然后将放置有模具的氧化铝空心球砖放进烤箱里预烘，预烘温度为70-80°C，预烘时间为3-4小时；
[0036]步骤E、从烤箱里取出模具，然后从模具里取出氧化锆棒并将其放进高温节能升降炉中烧结成型，烧结温度为1450-1480°C，烧结时间为35-45小时；
[0037]步骤F、取出烧结后的氧化锆棒，将其放到无心磨床加工成型，即得成品。
[0038]其中，所述步骤E中的烧结时间由升温时间和降温时间构成，所述升温时间与所述降温时间的比值为5:8。
[0039]其中，金属管的作用是防止压紧后的氧化锆棒变形，油压只是压模具，从而将模具内的原料压紧成型。
[0040]其中，所述模具为橡胶管，所述橡胶管的管壁厚度为0.2-0.6mm。
[0041 ] 乳胶管和硅胶管都不可以，乳胶管容易断，硅胶管不够圆，容易变形。相对于乳胶管和硅胶管而言，橡胶管不容易断，足够圆，不变形，适合于作为本工艺的模具。
[0042]橡胶管的管壁过厚，会使得成型后的氧化锆棒容易折断；橡胶管的管壁过薄，会使得填充原料不方便；因此，本技术方案的橡胶管的管壁厚度为0.2-0.6mm，该厚度大小适中，填充原料方便，成型后的氧化锆棒不容易折断。
[0043]其中，所述氧化铝空心球砖设置有“V”形槽，所述模具架置于所述V”形槽。
[0044]传统工艺中，压紧后的氧化锆棒是放在刚玉砖或是碳化硅砖上烘烤的，使用刚玉砖或碳化硅砖在烘烤的过程中氧化锆棒的上下温差不一(在烘烤过后，产品的上下部分的颜色不一致，可以判断出传统用的砖的传热不好)，会使做好的产品容易折断，或变形，达不到很好的效果，而氧化铝空心球可以迅速地传热，压紧成型的氧化锆棒放在氧化铝空心球砖上面的“V”形槽里，再进行烘烤，可以防止氧化锆棒在烘烤的过程中变形。
[0045]其中，所述金属管的直径大于所述模具的直径，所述金属管与所述模具的直径的差为0.1-0.3mm。模具与金属管内壁有一定空隙，如果太紧，不方便模具插入金属管内部，但是间隙过大又会导致成型后的氧化锆棒弯曲。本技术方案的金属管与模具的直径的差为0.1-0.3mm是优选值。
[0046]本发明的有益效果为:本发明的一种氧化锆陶瓷中心棒,该中心棒在高温环境下不变形、不膨胀，强度好，韧性高，该中心棒表层不生锈，使用寿命长，价格低，散热性能好，保养维护方便；该氧化锆陶瓷中心棒的制备方法，工艺简单，生产效率高，经济效益好，有利于大规模推广应用。

[0047]下面结合实施例对本发明作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。
[0048]实施例1。
[0049]本发明的一种氧化锆陶瓷中心棒，包括以下质量百分比的原料:
[0050]氧化锆 80%
[0051]氧化镁 10%
[0052]氧化镱10%。
[0053]本实施例的氧化锆为立方晶相氧化锆和纳米氧化锆以质量比为3:1的比例混合的混合物。
[0054]一种氧化锆陶瓷中心棒的制备方法，包括以下加工步骤:
[0055]步骤A、按照配方量准确称取原料并将其混合均匀，备用；
[0056]步骤B、将步骤A中混合均匀的原料使用振动马达和模具的结合体装入到模具中，使原料填满模具，并且原料之间紧密结合，将模具的开口封闭；
[0057]步骤C、将模具插入金属管中，然后将金属管放入等静油压机里面，使用等静油压机将模具中的原料压紧成型，变成棒状固体；
[0058]步骤D、从等静油压机取出模具，将其放置在氧化铝空心球砖上，然后将放置有模具的氧化铝空心球砖放进烤箱里预烘，预烘温度为70°C，预烘时间为4小时；
[0059]步骤E、从烤箱里取出模具，然后从模具里取出氧化锆棒并将其放进高温节能升降炉中烧结成型，烧结温度为1450°C，烧结时间为45小时；
[0060]步骤F、取出烧结后的氧化锆棒，将其放到无心磨床加工成型，即得成品。
[0061]本实施例的模具为橡胶管，所述橡胶管的管壁厚度为0.2mm。
[0062]本实施例的氧化铝空心球砖设置有“V”形槽，所述模具架置于所述V”形槽。
[0063]本实施例的金属管的直径大于所述模具的直径，所述金属管与所述模具的直径的差为0.3mm。
[0064]实施例2。
[0065]本发明的一种氧化锆陶瓷中心棒，包括以下质量百分比的原料:
[0066]氧化锆 85%
[0067]氧化镁 10%
[0068]氧化镱 5%。
[0069]本实施例的氧化锆为立方晶相氧化锆和纳米氧化锆以质量比为3:2的比例混合的混合物。
[0070]一种氧化锆陶瓷中心棒的制备方法，包括以下加工步骤:
[0071]步骤A、按照配方量准确称取原料并将其混合均匀，备用；
[0072]步骤B、将步骤A中混合均匀的原料使用振动马达和模具的结合体装入到模具中，使原料填满模具，并且原料之间紧密结合，将模具的开口封闭；
[0073]步骤C、将模具插入金属管中，然后将金属管放入等静油压机里面，使用等静油压机将模具中的原料 压紧成型，变成棒状固体；
[0074]步骤D、从等静油压机取出模具，将其放置在氧化铝空心球砖上，然后将放置有模具的氧化铝空心球砖放进烤箱里预烘，预烘温度为70°C，预烘时间为4小时；
[0075]步骤E、从烤箱里取出模具，然后从模具里取出氧化锆棒并将其放进高温节能升降炉中烧结成型，烧结温度为1455°C，烧结时间为43小时；
[0076]步骤F、取出烧结后的氧化锆棒，将其放到无心磨床加工成型，即得成品。
[0077]本实施例的模具为橡胶管，所述橡胶管的管壁厚度为0.3mm。
[0078]本实施例的氧化铝空心球砖设置有“V”形槽，所述模具架置于所述V”形槽。
[0079]本实施例的金属管的直径大于所述模具的直径，所述金属管与所述模具的直径的差为0.3_。
[0080]实施例3。
[0081]本发明的一种氧化锆陶瓷中心棒，包括以下质量百分比的原料:
[0082]氧化锆 90%
[0083]氧化镁 5%
[0084]氧化镱 5%。
[0085]本实施例的氧化锆为立方晶相氧化锆和纳米氧化锆以质量比为4:1的比例混合的混合物。
[0086]一种氧化锆陶瓷中心棒的制备方法，包括以下加工步骤:
[0087]步骤A、按照配方量准确称取原料并将其混合均匀，备用；
[0088]步骤B、将步骤A中混合均匀的原料使用振动马达和模具的结合体装入到模具中，使原料填满模具，并且原料之间紧密结合，将模具的开口封闭；
[0089]步骤C、将模具插入金属管中，然后将金属管放入等静油压机里面，使用等静油压机将模具中的原料压紧成型，变成棒状固体；
[0090]步骤D、从等静油压机取出模具，将其放置在氧化铝空心球砖上，然后将放置有模具的氧化铝空心球砖放进烤箱里预烘，预烘温度为75°C，预烘时间为3.5小时；
[0091]步骤E、从烤箱里取出模具，然后从模具里取出氧化锆棒并将其放进高温节能升降炉中烧结成型，烧结温度为1460°C，烧结时间为41小时；
[0092]步骤F、取出烧结后的氧化锆棒，将其放到无心磨床加工成型，即得成品。
[0093]本实施例的模具为橡胶管，所述橡胶管的管壁厚度为0.4mm。
[0094]本实施例的氧化铝空心球砖设置有“V”形槽，所述模具架置于所述V”形槽。
[0095]本实施例的金属管的直径大于所述模具的直径，所述金属管与所述模具的直径的差为0.2mm。
[0096]实施例4。
[0097]本发明的一种氧化锆陶瓷中心棒，包括以下质量百分比的原料:
[0098]
氧化锆 85%
氧化镁 5%
氧化镱 5%
铝 5%。
[0099]本实施例的氧化锆为立方晶相氧化锆和纳米氧化锆以质量比为4:2的比例混合的混合物。
[0100]一种氧化锆陶瓷中心棒的制备方法，包括以下加工步骤:
[0101]步骤A、按照配方量准确称取原料并将其混合均匀，备用；
[0102]步骤B、将步骤A中混合均匀的原料使用振动马达和模具的结合体装入到模具中，使原料填满模具，并且原料之间紧密结合，将模具的开口封闭；
[0103]步骤C、将模具插入金属管中，然后将金属管放入等静油压机里面，使用等静油压机将模具中的原料压紧成型，变成棒状固体；
[0104]步骤D、从等静油压机取出模具，将其放置在氧化铝空心球砖上，然后将放置有模具的氧化铝空心球砖放进烤箱里预烘，预烘温度为75°C，预烘时间为3.5小时；
[0105]步骤E、从烤箱里取出模具，然后从模具里取出氧化锆棒并将其放进高温节能升降炉中烧结成型，烧结温度为1465°C，烧结时间为39小时；
[0106]步骤F、取出烧结后的氧化锆棒，将其放到无心磨床加工成型，即得成品。
[0107]本实施例的模具为橡胶管，所述橡胶管的管壁厚度为0.5mm。
[0108]本实施例的氧化铝空心球砖设置有“V”形槽，所述模具架置于所述V”形槽。
[0109]本实施例的金属管的直径大于所述模具的直径，所述金属管与所述模具的直径的差为0.2_。
[0110]实施例5。
[0111]本发明的一种氧化锆陶瓷中心棒，包括以下质量百分比的原料:
[0112]