[發明專利]一種具有非晶/納米晶結構的陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200910071630.7
• 申請日: 2009-03-25
• 公開（公告）號: CN101508574A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 王鈾;楊勇
• 申請（專利權）人: 王鈾
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/626;C04B35/64
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司
• 代理人: 劉 婭

(一)技術領域

本發明涉及陶瓷材料技術領域，具體涉及一種先進行粉體造粒，再進行復合粉體熱處理， 繼而由熱處理所得粉體制備陶瓷材料及其陶瓷材料制品的方法。

(二)背景技術

具有高強度、高韌性、高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和化學穩定性好等優異性能的 一類先進結構陶瓷材料已逐步成為航空航天、船舶、汽車、新能源、電子信息、冶金、化工 等工業技術領域不可缺少的關鍵材料。

然而，目前的陶瓷材料廣泛存在脆性大，可靠性較差的缺點，從而限制了其相關特性的 發揮和實際應用。近二、三十年來，世界各國的研究者們為解決陶瓷材料的脆性和可靠性問 題開展了大量的基礎研究和應用開發。于是陶瓷材料由微米陶瓷向納米陶瓷發展、單相陶瓷 向多相復合陶瓷發展就成為如今高性能陶瓷的重要發展趨勢。

對陶瓷材料進行增韌補強是各國研究者們一直追求的目標，已經尋求到一些有效的方法， 如：相變增韌；顆粒、晶須或纖維增韌補強；納米結構強韌化等。同時，也從理論上提出了 相關的機理，如：相變增韌、微裂紋增韌和彌散增韌等ZrO₂陶瓷的增韌機制；針對晶須增韌補 強陶瓷基復合材料的裂紋橋接、裂紋偏轉、晶須拔出等機理；針對納米復相陶瓷的晶內型韌 化和晶間型韌化的強韌化機理。

現有陶瓷材料的主要制備工藝包括粉體制備處理、成形和燒結。粉體制備處理通常涉及 將購來的所需組分的微米級至納米級的陶瓷粉體混合、在物料中加入塑化劑和對陶瓷粉體進 行所謂的造粒，之后將粉體成形為所需形狀的坯料，然后再通過適當的方式將坯料燒結成具 有最終性能的塊體結構陶瓷材料。

因為陶瓷材料由粉體成形、燒結而成，不可避免地存在一定量的孔隙，不同成分和粒度 的粉體雖經球磨混料，仍難以達到十分均勻的程度。一般希望結構陶瓷粉體越細越好，有利 于高溫燒結。但對成形時卻不然，尤其對干壓成形，因細粉流動性不好易產生空洞，導致坯 料致密度不高。這就是在成形前需進行粉體造粒的原因。造粒的方法中以噴霧干燥造粒法的 效果最好。然而，應當指出現行的造粒主要是考慮到有利于成形，沒有考慮到可否通過適當 的粉體處理來調控粉體組織結構最終提高陶瓷材料的強韌性。

為了使陶瓷材料具有優異的強韌性能，以往制備工藝的研究多集中于粉體成形后的燒結、 多組分復相陶瓷的研發和發展納米陶瓷。然而，至今還未見有通過處理調控粉體組織結構以 提高陶瓷材料強韌性能的報道。

經過對現有技術的文獻檢索發現，名稱為：“大顆粒球形納米陶瓷粉末的生產方法和應 用方法(中國專利申請號：02113987.3)”的中國專利涉及大顆粒球形納米陶瓷粉末和工藝， 并涉及將大顆粒球形納米陶瓷粉末應用于陶瓷制品。然而，該專利僅適用于所用的納米粉體 粒徑為5至90納米(nm)，獲得的大顆粒球形納米陶瓷粉末粒徑為5至90微米(μm)。更重要的 是，該專利不涉及含稀土添加劑相，也不涉及所得大顆粒球形納米陶瓷粉末具有納米/亞微米 尺度的三維網絡狀結構，還不涉及經過成形保溫燒結后得到的塊體陶瓷材料含有一定量的非 晶或納米晶結構。

(三)發明內容

本發明的目的是提供一種能夠解決現有陶瓷復合材料制備過程中燒結溫度高、燒結時間 長，及產品性能差難以滿足高應力、受沖擊、強疲勞等工況條件下應用要求問題的一種具有 非晶/納米晶結構的陶瓷材料及其制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種依據材料科學的基本原理，將相變增韌、彌散強化和稀 土改性作用相結合，采用優化的粉體處理工藝(再造粒)過程，調控粉體組織結構創制出具 有高強度、高硬度、高彈性模量、高韌性、高耐磨性、高抗蝕性、高熱震性能、高疲勞抗力 的具有非晶/納米晶結構的陶瓷材料的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：一種具有非晶/納米晶結構的陶瓷材料及其制備方法，其特 征在于此種陶瓷材料的原料按1份混合陶瓷粉體、0.4～1份去離子水和0.01～0.015份陶瓷 粘結劑的質量份數比制成，其中混合陶瓷粉體由一種主相陶瓷粉體和一種添加劑相陶瓷粉體 混合制成，混合陶瓷粉體中主相陶瓷粉體質量百分含量占60％~99.9％和添加劑相陶瓷粉體質 量百分含量占0.1％~40％，此種陶瓷材料的制備過程包括以下三個步驟：第一步驟將原料造粒 成陶瓷復合粉體，第二步驟將陶瓷復合粉體進行熱處理，第三步驟將熱處理后的陶瓷復合粉 體成形、保溫燒結制得陶瓷材料。

本發明還有這樣一些技術特征：