CN101508574B

CN101508574B - 一种具有非晶/纳米晶结构的陶瓷材料及其制备方法

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Publication number: CN101508574B
Application number: CN2009100716307A
Authority: CN
Inventors: 王铀; 杨勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Harbin Peize Material Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: CN101508574A

Abstract

本发明的目的是公开一种具有非晶/纳米晶结构的陶瓷材料及其制备方法，它解决了现有陶瓷复合材料制备过程中烧结温度高、烧结时间长及产品性能差的问题。本发明的陶瓷材料由一种主相陶瓷粉体和一种添加剂相陶瓷粉体经由粉末冶金工艺制成。方法：一、将原料陶瓷粉体造粒成陶瓷复合粉体；二、陶瓷复合粉体进行热处理；三、热处理后所得复合粉体成形、保温烧结后即得块体陶瓷材料。本发明降低了陶瓷材料在制备工艺过程中的烧结温度，缩短了烧结时间，尤其是非晶/纳米晶结构在陶瓷材料的内部出现提高了陶瓷材料的强度、韧性、硬度，增加了陶瓷材料的耐高温性、耐磨损性、耐腐蚀性和化学稳定性。

Description

一种具有非晶/纳米晶结构的陶瓷材料及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种先进行粉体造粒，再进行复合粉体热处理，继而由热处理所得粉体制备陶瓷材料及其陶瓷材料制品的方法。

(二)背景技术

具有高强度、高韧性、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀和化学稳定性好等优异性能的一类先进结构陶瓷材料已逐步成为航空航天、船舶、汽车、新能源、电子信息、冶金、化工等工业技术领域不可缺少的关键材料。

然而，目前的陶瓷材料广泛存在脆性大，可靠性较差的缺点，从而限制了其相关特性的发挥和实际应用。近二、三十年来，世界各国的研究者们为解决陶瓷材料的脆性和可靠性问题开展了大量的基础研究和应用开发。于是陶瓷材料由微米陶瓷向纳米陶瓷发展、单相陶瓷向多相复合陶瓷发展就成为如今高性能陶瓷的重要发展趋势。

对陶瓷材料进行增韧补强是各国研究者们一直追求的目标，已经寻求到一些有效的方法，如：相变增韧；颗粒、晶须或纤维增韧补强；纳米结构强韧化等。同时，也从理论上提出了相关的机理，如：相变增韧、微裂纹增韧和弥散增韧等ZrO₂陶瓷的增韧机制；针对晶须增韧补强陶瓷基复合材料的裂纹桥接、裂纹偏转、晶须拔出等机理；针对纳米复相陶瓷的晶内型韧化和晶间型韧化的强韧化机理。

现有陶瓷材料的主要制备工艺包括粉体制备处理、成形和烧结。粉体制备处理通常涉及将购来的所需组分的微米级至纳米级的陶瓷粉体混合、在物料中加入塑化剂和对陶瓷粉体进行所谓的造粒，之后将粉体成形为所需形状的坯料，然后再通过适当的方式将坯料烧结成具有最终性能的块体结构陶瓷材料。

因为陶瓷材料由粉体成形、烧结而成，不可避免地存在一定量的孔隙，不同成分和粒度的粉体虽经球磨混料，仍难以达到十分均匀的程度。一般希望结构陶瓷粉体越细越好，有利于高温烧结。但对成形时却不然，尤其对干压成形，因细粉流动性不好易产生空洞，导致坯料致密度不高。这就是在成形前需进行粉体造粒的原因。造粒的方法中以喷雾干燥造粒法的效果最好。然而，应当指出现行的造粒主要是考虑到有利于成形，没有考虑到可否通过适当的粉体处理来调控粉体组织结构最终提高陶瓷材料的强韧性。

为了使陶瓷材料具有优异的强韧性能，以往制备工艺的研究多集中于粉体成形后的烧结、多组分复相陶瓷的研发和发展纳米陶瓷。然而，至今还未见有通过处理调控粉体组织结构以提高陶瓷材料强韧性能的报道。

经过对现有技术的文献检索发现，名称为：“大颗粒球形纳米陶瓷粉末的生产方法和应用方法(中国专利申请号：02113987.3)”的中国专利涉及大颗粒球形纳米陶瓷粉末和工艺，并涉及将大颗粒球形纳米陶瓷粉末应用于陶瓷制品。然而，该专利仅适用于所用的纳米粉体粒径为5至90纳米(nm)，获得的大颗粒球形纳米陶瓷粉末粒径为5至90微米(μm)。更重要的是，该专利不涉及含稀土添加剂相，也不涉及所得大颗粒球形纳米陶瓷粉末具有纳米/亚微米尺度的三维网络状结构，还不涉及经过成形保温烧结后得到的块体陶瓷材料含有一定量的非晶或纳米晶结构。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种能够解决现有陶瓷复合材料制备过程中烧结温度高、烧结时间长，及产品性能差难以满足高应力、受冲击、强疲劳等工况条件下应用要求问题的一种具有非晶/纳米晶结构的陶瓷材料及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种依据材料科学的基本原理，将相变增韧、弥散强化和稀土改性作用相结合，采用优化的粉体处理工艺(再造粒)过程，调控粉体组织结构创制出具有高强度、高硬度、高弹性模量、高韧性、高耐磨性、高抗蚀性、高热震性能、高疲劳抗力的具有非晶/纳米晶结构的陶瓷材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种具有非晶/纳米晶结构的陶瓷材料及其制备方法，其特征在于此种陶瓷材料的原料按1份混合陶瓷粉体、0.4～1份去离子水和0.01～0.015份陶瓷粘结剂的质量份数比制成，其中混合陶瓷粉体由一种主相陶瓷粉体和一种添加剂相陶瓷粉体混合制成，混合陶瓷粉体中主相陶瓷粉体质量百分含量占60％~99.9％和添加剂相陶瓷粉体质量百分含量占0.1％~40％，此种陶瓷材料的制备过程包括以下三个步骤：第一步骤将原料造粒成陶瓷复合粉体，第二步骤将陶瓷复合粉体进行热处理，第三步骤将热处理后的陶瓷复合粉体成形、保温烧结制得陶瓷材料。

本发明还有这样一些技术特征：

1、所述的主相陶瓷粉体为至少一种金属或过渡金属的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物或碳氮化物，上述金属包括铝、钨、镁、铁和锆，上述过渡金属包括铬、镍、钛和铌，上述氧化物包括氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆和氧化钨，上述氮化物包括氮化铝、氮化钛、氮化钒、氮化铌、氮化硅，上述碳化物包括碳化钛、碳化钨、碳化钒、碳化铌、碳化硅，上述碳氮化物包括碳氮化铝、碳氮化钛、碳氮化钒、碳氮化铌、碳氮化硅，主相陶瓷粉体或为加入钇进行稳定的氧化锆、或为加入铈进行稳定的氧化锆、或为加入钇和铈进行稳定的氧化锆；

2、所述的添加剂相陶瓷为一种稀土化合物，包括稀土氧化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土硅化物，所述的添加剂相陶瓷或为一种稀土混合物，上述的稀土元素包括镧、铈、钇、镨、铷、铪、铼、钽、钪、铒、钕、镥、钐、钆、镝、钬、铥或镱，上述稀土化合物或稀土混合物包括Ce(OH)₃、Nd(OH)₃、Eu(OH)₃、Gd(OH)₃、Tb(OH)₃、Dy(OH)₃、Ho(OH)₃、Er(OH)₃、Tm(OH)₃、Yb(OH)₃、Lu(OH)₃、La₂O₃、Nb₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Tb₂O₃、Er₂O₃、Yb₂O₃、CeO₂、Y₂O₃、YCl₃、CeCl₃、PrCl₃、NdCl₃、SmCl₃、EnCl₃、GdCl₃、TbCl₃、DyCl₃、ErCl₃、TmCl₃、YbCl₃、LuCl₃或LaCl₃、NdSi₂、CeSi₂、PrSi₂、SmSi₂、EuSi₂、GdSi₂、TbSi₂、DySi₂、HoSi₂、ErSi₂、TmSi₂、YbSi₂、LuSi₂、YSi₂、CeC₂、PrC₂、NdC₂、SmC₂、EuC₂、GdC₂、TbC₂、DyC₂、HoC₂、ErC₂、TmC₂、YbC₂、LuC₂、Y₃N、CeN、PrN、NdN、SmN、EuN、GdN、TbN或RE₂O₃；

3、所述的第二步骤将陶瓷复合粉体进行热处理是指用普通的空气炉或真空炉或气氛保护炉对粉体进行热处理；

4、所述的第二步骤将陶瓷复合粉体进行热处理是指用亚音速喷枪或超音速喷枪或等离子喷枪进行处理；

5、所述的第二步骤将陶瓷复合粉体进行热处理是指用普通的空气炉或真空炉或气氛保护炉对粉体进行热处理，然后用亚音速喷枪或超音速喷枪或等离子喷枪进行处理；

6、所述的第三步骤中用于保温烧结的烧结设备可以是普通的空气炉即无压烧结炉、热压烧结炉、热等静压烧结炉、放电等离子烧结炉、微波烧结炉；

7、所述的陶瓷复合粉体中，至少有一种独立组分的晶粒尺寸是等于或小于100纳米的纳米结构，或是微米尺度或亚微米尺度的，即大于100纳米的微米结构或亚微米结构；

8、所述的经过第二步骤复合粉体进行热处理之后获得的陶瓷复合粉体具有纳米/亚微米尺度的三维网络状结构，经过第三步骤对所得陶瓷复合粉体成形、保温烧结后得到的陶瓷材料或陶瓷材料制品含有一定量的非晶或纳米晶结构；

9、所述的第一步骤和第二步骤可以通过至少以下三种方式进行：

(1)混合-喷雾干燥-致密化法制备陶瓷复合粉体材料的技术，其工艺流程为：将原料球磨混粉后制成浆料，通过喷雾干燥变成陶瓷复合粉体，然后进行初级粉体热处理，再次球磨得到浆料，再进行喷雾干燥形成陶瓷复合粉体，进行二次粉体热处理得到致密复合粉体；

(2)混合-成型-破碎法制备陶瓷复合粉体材料的技术，其工艺流程为：将原料球磨混粉后制成浆料，进行烘干，然后破碎形成陶瓷复合粉体，将陶瓷复合粉体压坯进行粉体坯块热处理，进行二次破碎得到致密复合粉体；

(3)简易的混合-喷雾干燥-致密化法制备陶瓷复合粉体材料的技术，其工艺流程为：将原料球磨混粉制成浆料，通过喷雾干燥形成陶瓷复合粉体，然后进行粉体热处理得到致密复合粉体。

本发明的陶瓷复合粉体的组成可以有各种形式，例如多组分陶瓷复合粉体材料可以由其中至少一种组分是粒度少于或等于100纳米的材料构成，也可以由所有组分都是粒度等于或小于100纳米的材料构成。

本发明在制备工艺过程中通过增加添加剂相陶瓷和热处理调控粉体组织结构显著提高了陶瓷材料的力学性能。如本发明经过等离子处理粉体制备的陶瓷材料的断裂韧性高达5.46~6.38(5.92±0.46)MPa·m^1/2、弯曲强度高达644.1±30.5MPa、维氏硬度高达21.9±0.9GPa。

本发明所制备出的陶瓷材料耐磨损、抗腐蚀、耐高温、抗冲击、高温热胀、防微生物附着，可以应用于航空航天器零部件、潜艇和舰船零部件、汽车和火车零部件、坦克装甲零部件、发动机零部件、内燃机和汽轮机零部件、汽缸体、密封件等需要耐磨、抗蚀、隔热的诸多零部件，如发动机、活塞环、汽缸体、耐磨衬板、抗弹防护装甲、高温隔热瓦、绝缘子、陶瓷轴承、陶瓷刀具、陶瓷磨球等。

(四)附图说明

图1是具体实施方式十七中热处理后所得纳米复合粉体的截面组织照片；

图2是图1照片局部的高倍率放大照片；

图3是具体实施方式十七中等离子处理后所得纳米复合粉体的截面组织照片；

图4是图3照片局部的高倍率放大照片。

(五)具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1：

本实施例按以下步骤实现：

一、按质量份数比称取1份混合陶瓷粉体、0.4～1份去离子水和0.01～0.015份粘结剂制成，其中混合粉体按质量百分比由60％～99.9％的主相陶瓷(50％～99％的纳米氧化铝和1％～50％的纳米氧化钛组成)和0.1％～40％的添加剂相陶瓷组成，粘结剂为聚乙烯醇；

二、利用球磨机将以上混合陶瓷粉体、去离子水和粘结剂均匀混合，得浆料；

三、浆料进行喷雾干燥再造粒，得纳米复合粉体，喷雾干燥机工作时进口温度为210～240℃，喷雾干燥机出口温度为100～120℃，喷雾干燥机喷嘴转速20000～36000r/min；

四、将再造粒纳米复合粉体装入氧化铝坩埚，升温至1100～1300℃，热处理50～70min后随炉冷却至室温；

五、将混合粉体进一步用等离子喷枪进行等离子处理，得到所需的再造粒纳米结构复合粉体；

六、将所得纳米复合粉体装入石墨模具，置于放电等离子烧结炉中，以100～600℃/min的升温速率升温至1000～1500℃，并在10～70MPa的压力下保温3～20min后随炉冷却至室温，得陶瓷材料。

实施例2：

本实施方式基本实施步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是陶瓷材料按质量份数比由1份混合粉体、0.7份去离子水和0.012份粘结剂制成。其它与实施例1相同。

实施例3：

本实施方式基本实施步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是混合粉体按质量百分比由60％～97％的纳米氧化铝和3％～40％的纳米氧化钛组成。其它与实施例1相同。

实施例4：

本实施方式基本实施步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是混合粉体按质量百分比由70％～95％的纳米氧化铝和5％～30％的纳米氧化钛组成。其它与实施例1相同。

实施例5：

本实施方式基本实施步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是混合粉体按质量百分比由75％～90％的纳米氧化铝和10％～25％的纳米氧化钛组成。其它与实施例1相同。

实施例6：

本实施方式基本实施步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是混合粉体按质量百分比由87％的纳米氧化铝和13％的纳米氧化钛组成。其它与实施例1相同。

实施例7：

本实施方式基本实施步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是混合粉体按质量百分比由75％～97％的氧化铝、2％～12％的氧化钛主相和1％～13％的氧化锆与氧化铈添加剂相组成。其它与实施例1相同。

实施例8：

本实施方式基本实施步骤与实施例7相同，与实施例7不同的是步骤一中按质量份数比称取1份混合粉体、0.7份去离子水和0.012份粘结剂，然后以1100r/min转速球磨混合6h。其它步骤及参数与实施例7相同。

实施例9：

本实施方式基本实施步骤与实施例7相同，与实施例7不同的是步骤一中球磨混合中球料质量比为3～5∶1，磨球为直径3～12mm的氧化铝磨球。其它步骤及参数与实施例7相同。

实施例10：

本实施方式基本实施步骤与实施例7相同，与实施例7不同的是步骤三中喷雾干燥机工作时进口温度为220℃，喷雾干燥机出口温度为110℃，喷雾干燥机喷嘴转速33000r/min。其它步骤及参数与实施例7相同。

实施例11：

本实施方式基本实施步骤与实施例7相同，与实施例7不同的是步骤四中热处理后所得粉体的粒径为10～90μm。其它步骤及参数与实施例7相同。

实施例12：

本实施方式基本实施步骤与实施例7相同，与实施例7不同的是步骤五中等离子处理后所得粉体的粒径为5～80μm。其它步骤及参数与实施例7相同。

实施例13：

本实施方式基本实施步骤与实施例7相同，与实施例7不同的是步骤四中以10℃/min的升温速率升温至600℃，并保温热处理60min，再升温至1200℃，热处理60min。其它步骤及参数与实施例7相同。

实施例14：

本实施方式基本实施步骤与实施例7相同，与实施例7不同的是步骤六中置于放电等离子烧结炉中，以120～400℃/min的升温速率升温至1050～1400℃，并在20～40MPa的压力下保温4～15min。其它步骤及参数与实施例7相同。

实施例15：

本实施方式基本实施步骤与实施例7相同，与实施例7不同的是步骤六中置于放电等离子烧结炉中，以150℃/min的升温速率升温至1100℃，并在30MPa的压力下保温10min。其它步骤及参数与实施例7相同。

实施例16：

本实施方式基本实施步骤与实施例7相同，与实施例7不同的是步骤六中置于放电等离子烧结炉中，以150℃/min的升温速率升温至1150℃，并在30MPa的压力下保温10min。其它步骤及参数与实施例7相同。

实施例17：

结合图1、图2、图3和图4对本实施例进行说明：

本实施例按以下步骤实现：

一、按质量份数比称取1份混合陶瓷粉体、0.8份去离子水和0.012份陶瓷粘结剂，称取混合陶瓷粉体中主相陶瓷粉体纳米氧化铝8.7kg和纳米氧化钛1.3kg共计10kg，称取添加剂相陶瓷粉体纳米氧化铈0.6kg和纳米氧化锆0.8kg共计1.4kg，以上11.4kg混合陶瓷粉体组成记为混合粉体1；为了对比，制备成分为混合陶瓷粉体1的主相陶瓷粉体的混合陶瓷粉体，即8.7kg的纳米氧化铝和1.3kg的纳米氧化钛组成，此10kg的混合陶瓷粉体组成记为混合粉体2，另制备成分与混合粉体1一致的混合粉体3；粘结剂为聚乙烯醇。

二、利用球磨机将以上混合粉体、去离子水和粘结剂均匀混合，得浆料。

三、浆料进行喷雾干燥再造粒，得纳米复合粉体，喷雾干燥机工作时进口温度为230℃，喷雾干燥机出口温度为110℃，喷雾干燥机喷嘴转速22000r/min。

四、将再造粒纳米复合粉体装入氧化铝坩埚，升温至1200℃，热处理60min后随炉冷却至室温，此时得到的粉体截面照片示于图1和图2。图1可以看出经过本实施方式步骤四所得再造粒复合粉体为球形，由图2给出的高放大倍率照片可以看出这种再造粒复合粉体由大量细小的颗粒组成。

五、将混合粉体1和混合粉体2分别进一步用等离子喷枪进行等离子处理，得到所需的再造粒纳米结构粉体，粉体截面照片示于图3和图4。由图3和图4可以看出通过本实施方式步骤五所得等离子处理后的复合粉体的球形度较高，且呈现出三维网络状的显微组织结构特点，混合粉体3不做此步骤处理。

六、将混合粉体1和混合粉体2经等离子处理的纳米复合粉体和混合粉体3未经等离子处理的纳米复合粉体装入石墨模具，置于放电等离子烧结炉中，以150℃/min的升温速率升温至1100℃，并在30MPa的压力下保温10min后随炉冷却至室温，得陶瓷材料。

本实施方式由混合粉体1所制得的陶瓷材料记为NP，而由混合粉体2所制得的陶瓷材料记为NN，由混合粉体3所制得的陶瓷材料记为NS，经测试产品的性能见表1(其中REF为参考文献中所得同类材料的最高性能数据)。由表1中可以看出本实施方式所得的陶瓷材料的力学性能优异，尤其是由等离子处理后的复合粉体所制备出的陶瓷材料的力学性能有更加明显的提高。

表1

陶瓷代码	相对密度(％)	弯曲强度(MPa)	硬度(GPa)	断裂韧性(MPa·m^1/2)
					NN	99.3	426.3±28.7	16.7±0.6	4.87±0.4
NS	98.1	572.4±25.1	19.1±0.7	3.85±0.27
					NP	98.9	644.1±30.5	21.9±0.9	5.92±0.42
REF	99~100	-	15.3~17.6	3.2~3.8

实施例18：

分别称量商用纳米氧化铝(Al₂O₃)粉体9.7kg(平均粒度约为25纳米)、纳米氧化钛(TiO₂)粉体0.3kg(平均粒度约为50纳米)、纳米氧化铈(CeO₂)粉体0.3kg和纳米氧化锆(ZrO₂)粉体0.3kg。利用球磨机将以上几种粉体均匀混合，混合过程中加入粘结剂(PVA)和去离子水。然后将浆料盛入不锈钢盘放入烘干箱中低温烘干，烘干温度为80℃。随后，再经1100℃的高温烧结处理。然后再加入去离子水和粘合剂球磨制浆。然后喷雾干燥得到纳米氧化铝/氧化钛/氧化铈/氧化锆粉末混合物的团聚体。所用喷雾干燥设备为常州市强力干燥设备有限公司生产的LPG-10型高速离心喷雾干燥机。实验时喷雾干燥设备雾化盘的转速为22000r/min；喷雾塔的进口温度为230℃；喷雾塔出口温度为110℃。最后用等离子喷枪进行等离子处理，得到所需的再造粒纳米结构粉体。粉体的流动性为56.9g/min，振实密度大约是2.35g/cm³。

实施例19：

将8.7公斤纳米氧化铝粉(平均粒度约为25纳米)、1.3公斤纳米氧化钛粉(平均粒度约50纳米)、0.8公斤纳米8YSZ(8wt％氧化钇)粉和0.6公斤纳米氧化铈粉，通过湿法球磨混粉后得到在去离子水中由纳米氧化铝/氧化钛粉末混合物均匀弥散分布形成的粘稠浆料(在形成浆料过程中一般加入粘结剂，在此情况下加入了PVA作为粘合剂)。然后将浆料盛入不锈钢盘放入烘干箱中低温烘干，烘干温度为80℃。随后，再经1200℃的高温烧结处理。下一个工序是加入去离子水和粘合剂球磨制浆。然后喷雾干燥得到纳米氧化铝/氧化钛粉末混合物的团聚体。所用喷雾干燥设备为常州市强力干燥设备有限公司生产的LPG-10型高速离心喷雾干燥机。实验参数为：雾化盘的转速21000r/min；喷雾塔的进口温度240℃；喷雾塔出口温度110℃。最后用等离子喷枪进行等离子处理，得到所需的再造粒纳米结构粉体喂料。粉末喂料的流动性为58g/min，振实密度大约是2.5g/cm³。

实施例20：

本实施方式制备陶瓷材料的方法按以下步骤实现：

一、按质量份数比称取1份混合粉体、0.4～1份去离子水和0.01～0.015份粘结剂制成，其中混合粉体按质量百分比由76％～96％氧化锆、2％～9％的氧化钇主相和2％～15％的碳化硅与氧化铈或氮化硅与氧化铈添加剂相组成；粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚氧乙烯或羟乙基纤维素；

二、利用球磨机将以上混合粉体、去离子水和粘结剂均匀混合，得浆料；

四、将再造粒纳米复合粉体装入氧化铝坩埚，升温至1150～1300℃，热处理50～70min后随炉冷却至室温；

六、将所得纳米复合粉体装入石墨模具，置于放电等离子烧结炉中，以100～600℃/min的升温速率升温至1050～1500℃，并在10～70MPa的压力下保温3～20min后随炉冷却至室温，得陶瓷材料。

实施例21：

本实施方式制备陶瓷材料的方法按以下步骤实现：

一、按质量份数比称取1份混合粉体、0.8份去离子水和0.012份粘结剂，其中混合粉体按质量百分比由10kg的主相陶瓷(9.2kg的纳米氧化锆和0.8kg的纳米氧化钇)和0.6kg的添加剂相陶瓷(0.6kg的纳米氧化铈或纳米氧化镧)组成；粘结剂为聚乙烯醇。

四、将再造粒纳米复合粉体装入氧化铝坩埚，升温至1200℃，热处理60min后随炉冷却至室温；

五、将混合粉体进一步用等离子喷枪进行等离子处理，得到所需的再造粒纳米结构粉体。

六、将所得纳米复合粉体装入石墨模具，置于放电等离子烧结炉中，以150℃/min的升温速率升温至1150℃，并在30MPa的压力下保温10min后随炉冷却至室温，即得陶瓷材料。

实施例22：

本实施方式制备陶瓷材料的方法按以下步骤实现：

一、按质量份数比称取1份混合粉体、0.8份去离子水和0.012份粘结剂，其中混合粉体按质量百分比由10kg的主相陶瓷(9.3kg的纳米氧化锆和0.7kg的纳米氧化钇)和0.5kg的添加剂相陶瓷(0.5kg的纳米碳化硅)组成；粘结剂为聚乙烯醇。

四、将再造粒纳米复合粉体装入氧化铝坩埚，升温至1250℃，热处理60min后随炉冷却至室温；

六、将所得纳米复合粉体装入石墨模具，置于放电等离子烧结炉中，以150℃/min的升温速率升温至1200℃，并在30MPa的压力下保温10min后随炉冷却至室温，即得陶瓷材料。

实施例23：

本实施方式制备陶瓷材料的方法按以下步骤实现：

一、按质量份数比称取1份混合粉体、0.8份去离子水和0.012份粘结剂，其中混合粉体按质量百分比由75％～97％氧化锆、2％～10％的氧化钇主相和1％～15％的碳化硅与氧化镧添加剂相组成；粘结剂为聚乙烯醇。

三、浆料进行喷雾干燥造粒，得纳米复合粉体，喷雾干燥机工作时进口温度为230℃，喷雾干燥机出口温度为110℃，喷雾干燥机喷嘴转速22000r/min。

四、将造粒纳米复合粉体装入氧化铝坩埚，升温至1100℃，热处理60min后随炉冷却至室温。

五、利用球磨机将以上纳米复合粉体与去离子水和粘结剂再次均匀混合得浆料。

六、浆料进行喷雾干燥再造粒，得纳米复合粉体，喷雾干燥机工作时进口温度为230℃，喷雾干燥机出口温度为110℃，喷雾干燥机喷嘴转速22000r/min。

七、将再造粒纳米复合粉体装入氧化铝坩埚，升温至1250℃，热处理60min后随炉冷却至室温。

八、将所得纳米复合粉体装入石墨模具，置于放电等离子烧结炉中，以150℃/min的升温速率升温至1200℃，并在30MPa的压力下保温10min后随炉冷却至室温，即得陶瓷材料。

实施例24：

本实施方式制备陶瓷材料的方法按以下步骤实现：

一、按质量份数比称取1份混合粉体、0.8份去离子水和0.012份粘结剂，其中混合粉体按质量百分比由8.7公斤微米级氧化铝粉(平均粒度约为0.5-2微米)、1.3公斤纳米氧化钛粉(平均粒度约50纳米)、0.6公斤纳米8YSZ(8wt％氧化钇)粉和0.6公斤纳米氧化铈粉，组成；粘结剂为聚乙烯醇。

实施例25：

本实施方式制备陶瓷材料的方法按以下步骤实现：

一、按质量份数比称取1份混合粉体、0.8份去离子水和0.012份粘结剂，其中混合粉体按质量百分比由8.7公斤微米级氧化铝粉(平均粒度约为25纳米)、1.3公斤纳米氧化钛粉(平均粒度约50纳米)、0.8公斤纳米8YSZ(8wt％氧化钇)粉和0.6公斤纳米氧化铈粉，组成；粘结剂为聚乙烯醇。

三、对浆料进行烘干，然后破碎成纳米陶瓷复合粉体。

四、将纳米复合粉体压坯进行粉体坯块热处理，热处理是将粉体坯块装入氧化铝坩埚，升温至1250℃，热处理60min后随炉冷却至室温。

五、将热处理后的粉体坯块进行二次破碎得到致密纳米复合粉体。

六、将所得致密纳米复合粉体装入石墨模具，置于放电等离子烧结炉中，以150℃/min的升温速率升温至1200℃，并在30MPa的压力下保温10min后随炉冷却至室温，即得陶瓷材料。

实施例26：

本实施方式制备陶瓷材料的方法按以下步骤实现：

一、按质量份数比称取1份混合粉体、0.4～1份去离子水和0.01～0.015份粘结剂制成，其中混合粉体按质量百分比由76％～96％氧化锆、2％～9％的纳米氧化钇(平均粒度约为30纳米)主相和2％～15％的碳化硅与纳米氧化铈(平均粒度约为25纳米)或氮化硅与纳米氧化铈(平均粒度约为25纳米)添加剂相组成；粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、或羟乙基纤维素；

三、浆料进行喷雾干燥再造粒，得纳米复合粉体，喷雾干燥机工作时进口温度为210～235℃，喷雾干燥机出口温度为100～120℃，喷雾干燥机喷嘴转速20000～36000r/min；

以上所有文字表述和实施方式已经说明了有关本发明的基本组成体系(包括设备和试验条件)，但只要不偏离本发明的基本精神与范围，各种改进及替代均可包含在本发明之内。以上简述，只是对本发明的主要叙述而已，因此应当指出，本发明申请范围不受以上描述和示意的内涵所局限。

Claims

1.一种具有非晶/纳米晶结构的陶瓷材料的制备方法，其特征在于此种陶瓷材料的原料按1份混合陶瓷粉体、0.4～1份去离子水和0.01～0.015份陶瓷粘结剂的质量份数比制成，其中混合陶瓷粉体由一种主相陶瓷粉体和一种添加剂相陶瓷粉体混合制成，混合陶瓷粉体中主相陶瓷粉体质量百分含量占60％～99.9％和添加剂陶瓷粉体质量百分含量占0.1％～40％，此种陶瓷材料的制备过程包括以下三个步骤：第一步骤将原料造粒成陶瓷复合粉体，第二步骤将陶瓷复合粉体进行热处理，第三步骤将热处理后的陶瓷复合粉体成形、保温烧结制成陶瓷材料；其中，所述的主相陶瓷粉体为至少一种金属的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物或碳氮化物，上述金属选自铝、钨、镁、铁和锆，主相陶瓷粉体或为加入钇进行稳定的氧化锆、或为加入铈进行稳定的氧化锆、或为加入钇和铈进行稳定的氧化锆；

所述的添加剂相陶瓷为一种稀土化合物，包括稀土氧化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土硅化物，所述的添加剂相陶瓷或为一种稀土混合物，上述的稀土元素包括镧、铈、钇、镨、铷、铪、铼、钽、钪、铒、钕、镥、钐、钆、镝、钬、铥或镱，上述稀土化合物或稀土混合物为Ce(OH)₃、Nd(OH)₃、Eu(OH)₃、Gd(OH)₃、Tb(OH)₃、Dy(OH)₃、Ho(OH)₃、Er(OH)₃、Tm(OH)₃、Yb(OH)₃、Lu(OH)₃、La₂O₃、Nb₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Tb₂O₃、Er₂O₃、Yb₂O₃、CeO₂、Y₂O₃、YCl₃、CeCl₃、PrCl₃、NdCl₃、SmCl₃、EnCl₃、GdCl₃、TbCl₃、DyCl₃、ErCl₃、TmCl₃、YbCl₃、LuCl₃或LaCl₃、NdSi₂、CeSi₂、PrSi₂、SmSi₂、EuSi₂、GdSi₂、TbSi₂、DySi₂、HoSi₂、ErSi₂、TmSi₂、YbSi₂、LuSi₂、YSi₂、CeC₂、PrC₂、NdC₂、SmC₂、EuC₂、GdC₂、TbC₂、DyC₂、HoC₂、ErC₂、TmC₂、YbC₂、LuC₂、Y₃N、CeN、PrN、NdN、SmN、EuN、GdN或TbN；

所述的第二步骤将陶瓷复合粉体进行热处理是指用普通的空气炉或真空炉或气氛保护炉对粉体进行热处理，然后用亚音速喷枪或超音速喷枪或等离子喷枪进行处理；

所述的第三步骤中用于保温烧结的烧结设备是普通的空气炉即无压烧结炉、热压烧结炉、热等静压烧结炉、放电等离子烧结炉、微波烧结炉；

所述的陶瓷复合粉体中，至少有一种独立组分的晶粒尺寸是等于或小于100纳米的纳米结构，或是微米尺度或亚微米尺度的，即大于100纳米的微米结构或亚微米结构；

经过第二步骤复合粉体进行热处理之后获得的陶瓷复合粉体具有纳米/亚微米尺度的三维网络状结构，经过第三步骤对所得陶瓷复合粉体成形、保温烧结后得到的陶瓷材料含有一定量的非晶或纳米晶结构。

2.根据权利要求1所述的一种具有有非晶/纳米晶结构的陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的第一步骤和第二步骤能够通过以下三种方式进行：

(1)混合-喷雾干燥-致密化法制备陶瓷复合粉体材料，其工艺流程为：将原料球磨混粉后制成浆料，通过喷雾干燥变成陶瓷复合粉体，然后进行初级粉体热处理，再次球磨得到浆料，再进行喷雾干燥形成陶瓷复合粉体，进行二次粉体热处理得到致密复合粉体；

(2)混合-成型-破碎法制备陶瓷复合粉体材料，其工艺流程为：将原料球磨混粉后制成浆料，进行烘干，然后破碎形成陶瓷复合粉体，将陶瓷复合粉体压坯进行粉体坯块热处理，进行二次破碎得到致密复合粉体；

(3)简易的混合-喷雾干燥-致密化法制备陶瓷复合粉体材料，其工艺流程为：将原料球磨混粉制成浆料，通过喷雾干燥形成陶瓷复合粉体，然后进行粉体热处理得到致密复合粉体。