[發明專利]一種新型納米復相陶瓷粉體的制備方法

無效

• 申請號: 200710100576.5
• 申請日: 2007-04-11
• 公開（公告）號: CN101054297A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 楊為佑;王華濤;鄭祥明;謝志鵬;安立楠
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院;清華大學;安立楠
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/515
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種新型納米復相陶瓷粉體的制備方法，屬材料制備技術領域。

技術背景

目前，高溫陶瓷材料在航空航天和能源等高溫、高壓、高輻射苛刻工作環境下的應用越來越廣泛。由于陶瓷材料固有的脆性，采用不同的方法來提高其強度和韌性等力學性能貫穿著材料的整個研究過程，一直是陶瓷材料研究領域中的熱點。陶瓷增韌一般有四種：彌散增韌、相變增韌，纖維和晶須韌化以及最近發展起來的碳納米管增韌。其中彌散增韌效果非常有限；而氧化鋯陶瓷相變增韌雖然能使材料的斷裂韌性提高3～5倍，但相變增韌的效果隨著溫度的升高而急劇下降；碳納米管由于在批量生產、分散以及后續的燒結過程中結構容易被破壞，而且合成工藝復雜，價格昂貴，應用受到限制。明顯的韌化效果和良好的高溫性能使得采用纖維和晶須韌化成為陶瓷增韌的首選和研究重點。

纖維和晶須由于其本身優異的力學性能以及他們產生的裂紋偏轉、裂紋橋接和晶須拔出等增韌效應，通過纖維或晶須增韌的陶瓷復合材料的室溫和高溫抗彎強度和斷裂韌性、熱震性、耐磨性能以及蠕變性能都得到了不同程度的提高和改善。但到目前為止，絕大部分的工作是采用外添加纖維和晶須到陶瓷基體中來增韌陶瓷材料，這就不可避免的帶來一些問題：

1)首先面臨一個非常突出的困難是外加纖維或者晶須的均勻分散；

2)外加纖維或晶須與基體在化學物理性質存在差異；

3)晶須或者纖維的尺寸比較粗大(～幾個微米)，他們和基體形成的大界面容易誘發新的晶體缺陷，從而導致材料的性能降低；

4)外加纖維和晶須需要額外合成或者購買，纖維和晶須的生產工藝和周期長，這些因素使得材料的制備成本增加，增加材料制備的工藝流程。

原位生長單晶低維納米材料自增韌(類晶須增韌)將有望直接免除上述使用外加纖維或晶須所帶來的困難，以及力學性能與物理性能的優良組合，有望成為提高陶瓷斷裂韌性的一個新的途徑。而制備具有原位生長單晶低維納米材料自增韌陶瓷的關鍵是預先制備具有原位生長單晶低維納米材料的粉體，這些工作目前國內外還未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有原位生長多形貌單晶低維納米材料的復相陶瓷粉體的制備方法。本發明設備和工藝簡單可控，所制備的復相陶瓷粉體由非晶態的納米顆粒和原位生長的單晶低維納米材料組成，可以實現單晶低維納米材料在粉體中均勻分散原位可控生長，有望保留傳統纖維和晶須明顯的增韌補強效果，同時解決傳統工藝上纖維和晶須以及碳納米管在使用上帶來的困難(如分散和成本)，實現多形貌納米結構(如線狀和帶狀)協同增韌，為陶瓷增韌提供一種新的思路。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：該具有原位生長單晶低維納米材料的復相陶瓷粉體的制備方法，其包括以下具體步驟：

1)以聚合物前驅體聚硅氮莞為初始原料，保護氣氛下于～260℃進行低溫交聯固化，得到非晶態固體；

2)將非晶態固體高能球磨粉碎，球磨的同時引入催化劑，使得非晶態粉末與催化劑混合均勻；

3)將混合均勻后的粉末裝入氧化鋁坩鍋中，置于氣氛燒結爐中；

4)保護氣氛下于1100℃～1550℃熱解1～4小時；

5)隨爐冷卻至室溫，將粉體表面生長的單晶低維納米材料分離去除，即可得到具有原位生長單晶低維納米材料的復相陶瓷粉體。

所述步驟(1)中，使用的原料為聚合物前驅體，使用的保護氣氛壓力～0.1MPa。

所述步驟(2)中，選用磨介為Si₃N₄陶瓷球，使用的球磨罐為尼龍樹脂球磨罐。

所述步驟(3)中，所采用的坩鍋為氧化鋁坩鍋，亦可選用石墨、BN等其他耐高溫坩堝。

所述步驟(1)和(4)中，所使用燒結爐為管式氣氛燒結爐，亦可采用其他氣氛燒結爐，采用的保護氣體為N₂，也可采用NH₃或者N₂和NH₃的混合氣體。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1)本發明可以制備出具有原位生長單晶低維納米材料的納米復相陶瓷粉體；

2)這種新工藝既有望保留傳統纖維和晶須明顯的增韌補強效果，同時將直接解決纖維、晶須以及碳納米管在使用工藝上帶來的困難(如分散和成本)；

3)本發明可以實現單晶低維納米材料在粉體中均勻分散原位可控生長，通過調控熱解參數，可以控制單晶低維納米材料在基體中的比例；