[發明專利]改性層狀結構粉體制備納米復相陶瓷的方法

無效

• 申請號: 02115396.5
• 申請日: 2002-06-18
• 公開（公告）號: CN1397515A
• 公開（公告）日: 2003-02-19
• 發明（設計）人: 張志杰;蘇達根
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何燕玲

技術領域

本發明涉及陶瓷技術領域，更詳細地是改性層狀結構粉體制備納米復相陶瓷的方法。

背景技術

陶瓷材料具有類似于金屬的強度和比金屬更為優越的耐磨性、耐高溫性以及化學穩定性，可用于一般金屬材料難以勝任的嚴酷環境，如高溫、強腐蝕環境。另外，由陶瓷制成的機件重量輕，隔熱性好，對提高能源利用效率具有重要意義。但由于其內在結構的原因，陶瓷材料脆性大，對內部缺陷敏感，裂紋一經產生往往就迅速擴展，使材料呈現無預兆災難性的突然斷裂。由此，陶瓷部件與金屬部件相比可靠性較差，這已成為影響陶瓷材料推廣應用的瓶頸。提高陶瓷材料的韌性是陶瓷材料尤其是結構陶瓷材料研究的中心問題。

納米科學和技術的發展給陶瓷材料的增韌甚至于獲得超塑性帶來了新的希望。若陶瓷材料的晶粒較大，則大顆粒容易成為應力集中的位置，并為孔洞的成核提供了主要的位置。當晶粒的尺寸達到納米量級時，材料的界面所占的比例將大大提高，大體積的界面區將提供足夠的晶界滑移機會，導致變形增加。因此，陶瓷晶粒尺寸的減小是獲取超強超韌的有效途徑。

納米復相陶瓷可分為三大類：內晶型納米復相陶瓷、晶界型納米復相陶瓷、納米—納米復相陶瓷。前二者為納米—微米復合結構，實際上是一種納米粒子增強微米基體的復合材料，由于基體的約束和隔離，納米粒子在燒結時不容易長大，材料制備工藝相對簡單。納米—納米復相陶瓷的基體和第二相晶粒都要保持在納米尺度，由于納米顆粒的巨大活性，在燒結過程中晶界擴散非常快，既有利于達到高致密度又極易發生晶?？焖偕L，因而在最終將微結構控制在納米量級是非常困難。

納米復相陶瓷的制備方法有如下幾類：

1.粉體混合法。將納米顆粒與基質原料混合，由于納米顆粒尺寸細小，比表面積巨大，極易團聚，故用傳統的球磨法難以將粉體混合均勻。CesaranoJH等將基質粉末和納米粉末制成具有良好分散性的懸浮液，經絮凝、干燥，得到復合粉體，成型、燒結后制成納米—微米復相陶瓷。(Cesarano?J?H，AksayI?A.Processing?of?concentrated?aqueous?α-Al2O3?suspensionsstabilized?with?polyelectrolyte.J?Am?Ceram?Soc.1998.70(12)：1062)

2.復合粉體法。用物理和/或化學的方法直接制備兩種或多種組分的納米復合粉體，經反應燒結獲得納米—微米復相陶瓷。如用化學氣相沉積法制備穩定的、分布均勻的Si-C-N復合粉體，粒徑為50納米，經反應燒結得到SiC-Si₃N₄納米—微米復相陶瓷。(新原皓一等，高溫超強度Si₃N₄-SiC復合材料，粉體けよひ粉末冶金，1990，37(2)：352-356)

又如Bhaduri等人采用燃燒合成的技術合成Al₂O₃/ZrO₂納米復合粉體，Al₂O₃和ZrO₂粒徑分別為35nm和30nm。經冷等靜壓成型、熱等靜壓燒結，獲得的納米-納米復相陶瓷。(S.Bhaduri，S.B.Bhaduri，and?E.Zhou.J.Mater.Res.，1998，13(1)：156)

3.反應燒結法。先將混合均勻的多組分粉末壓成素坯，在隨后的燒結過程中各組分之間或組分與燒結氣氛之間發生化學反應，獲得預期設計的納米復相陶瓷。如將微米級的Al₂O₃-SiC混合粉體壓實后燒結，部分SiC粒子表層反應生成SiO₂，使SiC的顆粒縮小為納米級，SiO₂又與Al₂O₃反應生成莫來石，得到納米—微米復相陶瓷。(Sakky?Y，Bidmger?D?D.，Aksay?I?A.Processingof?silicon?carbide-mullite-alumina?nanocomposite.J.Am.Ceram.Soc.1995.78(2)：486)