CN1385398A - 改性多孔结构粉体制备纳米复相陶瓷的方法 - Google Patents

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Abstract

一种改性多孔结构粉体制备纳米复相陶瓷的方法,包括:采用化学组装的方法将组分引入具有不饱和键的多孔材料的孔洞之中,制成改性多孔结构粉体;改性多孔结构粉体与陶瓷原料粉体混合,经成型和烧结得纳米复相陶瓷。本发明无需先制备纳米粉体,而是采用化学组装的方法将设计的组分以离子的形式引入具有不饱和键的多孔材料的孔洞之中,制成改性多孔结构粉体。该粉体的成分分布均匀,且粉体的颗粒大小无需在纳米尺度。

Description

改性多孔结构粉体制备纳米复相陶瓷的方法
技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域，具体地是改性多孔结构粉体制备纳米复相陶瓷的方法。
背景技术
陶瓷材料具有类似于金属的强度和比金属更为优越的耐磨性、耐高温性以及化学稳定性，可用于一般金属材料难以胜任的严酷环境，如高温、强腐蚀环境。另外，由陶瓷制成的机件重量轻，隔热性好，对提高能源利用效率具有重要意义。但由于其内在结构的原因，陶瓷材料脆性大，对内部缺陷敏感，裂纹一经产生往往就迅速扩展，使材料呈现无预兆灾难性的突然断裂。由此，陶瓷部件与金属部件相比可靠性较差，这已成为影响陶瓷材料推广应用的瓶颈。提高陶瓷材料的韧性是陶瓷材料尤其是结构陶瓷材料研究的中心问题。
纳米科学和技术的发展给陶瓷材料的增韧甚至于获得超塑性带来了新的希望。若陶瓷材料的晶粒较大，则大颗粒容易成为应力集中的位置，并为孔洞的成核提供了主要的位置。当晶粒的尺寸达到纳米量级时，材料的界面所占的比例将大大提高，大体积的界面区将提供足够的晶界滑移机会，导致变形增加。因此，陶瓷晶粒尺寸的减小是获取超强超韧的有效途径。
纳米复相陶瓷可分为三大类：内晶型纳米复相陶瓷、晶界型纳米复相陶瓷、纳米—纳米复相陶瓷。
目前纳米复相陶瓷的制备方法不多，通常先制备出纳米粒子，然后把若干种纳米粉体混合或在其外包覆一层基质组分，制成复合粉末。将复合粉体成型、烧结制备纳米复相陶瓷。复合粉体具体的做法是将纳米颗粒充分分散在含有基质组分的溶液中，使系统形成凝胶，经煅烧得到复合粉末。如用SiO2包覆Al2O3(Wang K.mullite formation by endotbermic reaction ofα-Al2O3/silica microcomposites particles.J.am.ceram.soc.1996.79(1)：12-16)、SiO2包覆3Y-TZP(王士维等，SiO2包裹3Y-TZP粉体的制备工艺和热分析.现代技术陶瓷.1996(增)：P27-30)。
现有方法的不足：必须先制备纳米颗粒，由于纳米颗粒巨大的比表面积，极易团聚，纳米颗粒要在基质溶液中的充分分散较困难。
发明内容
本发明的目的在于针对现有方法的不足，提供一种改性多孔结构粉料制备内晶型纳米复相陶瓷的方法。
本发明的技术方案包括：
——采用化学组装的方法将组分引入具有不饱和键的多孔材料的孔洞之中，制成改性多孔结构粉体；
——改性多孔结构粉体与陶瓷原料粉体混合，经成型和烧结得纳米复相陶瓷。
所述组分是铝、锆、铁、铬、锰、或镁的离子、其聚羟基络离子。
所述具有不饱和键的多孔材料是指显微结构是多孔特征，且孔内壁的价键不饱和的材料，如硅藻土、多孔状珍珠岩、浮石状珍珠岩、或佛石。
在烧结过程中，孔内组分与孔壁组分发生发应，原位生成粒径小于100纳米的矿物，孔壁组分与孔外组分发生反应，生成微米级的矿物，最终生成纳米—微米复相陶瓷。
所述改性多孔结构粉体的成分分布均匀，且粉体的颗粒大小无需在纳米尺度。
本发明与现有技术的比较具有如下优点：本发明无需先制备纳米粉体，而是采用化学组装的方法将设计的组分以离子的形式引入具有不饱和键的多孔材料的孔洞之中，制成改性多孔结构粉体。该粉体的成分分布均匀，且粉体的颗粒大小无需在纳米尺度。
具体实施方式
实施例1
将AlCl3水解、聚合，制备铝聚羟基络离子，[Al13O4(OH)24(H2O)12]7+离子，将硅藻土制成悬浮液，将铝聚羟基络离子加入悬浮液，经搅拌，将铝聚羟基络离子进入硅藻土孔洞之中，制备改性多孔结构粉体。将改性粉体与陶瓷粉体混合、成型，然后在1150℃下烧结制成陶瓷。经分析测试，陶瓷材料的矿物组成为莫来石、方石英，其中莫来石有两种相，其中一相为方石英包裹，被包裹的莫来石平均粒径为13纳米，形成纳米复相陶瓷。
实施例2
将AlCl3水解、聚合，制备铝聚羟基络离子，[Al13O4(OH)24(H2O)12]7+离子，将ZrCl4水解，制备锆聚羟基络离子，[Zr4(OH)8(H2O)16]8+。将硅藻土制成悬浮液，将铝聚羟基络离子、锆聚羟基络离子加入悬浮液，经搅拌，将聚羟基金属离子进入硅藻土孔洞之中，制备改性多孔结构粉体。将改性粉体成型，然后在1150℃下烧结制成陶瓷。经分析测试，陶瓷材料的矿物组成为莫来石、锆英石、方石英，莫来石、锆英石被方石英包裹，莫来石、锆英石平均粒径为11纳米和9纳米，形成纳米—微米复相陶瓷。其强度、耐磨性、韧性等力学性能较莫来石陶瓷均有较大幅度的提高。

Claims (5)

1、一种改性多孔结构粉体制备纳米复相陶瓷的方法，其特征在于包括：
——采用化学组装的方法将组分引入具有不饱和键的多孔材料的孔洞之中，制成改性多孔结构粉体；
——改性多孔结构粉体与陶瓷原料粉体混合，经成型和烧结得纳米复相陶瓷。
2、根据权利要求1所述的改性多孔结构粉体制备纳米复相陶瓷的方法，其特征在于所述组分是铝、锆、铁、铬、锰、或镁的离子、其聚羟基络离子。
3、根据权利要求1或2所述的改性多孔结构粉体制备纳米复相陶瓷的方法，其特征在于所述具有不饱和键的多孔材料是指显微结构是多孔特征，且孔内壁的价键不饱和的材料。
4、根据权利要求1或2所述的改性多孔结构粉体制备纳米复相陶瓷的方法，其特征在于所述具有不饱和键的多孔材料是硅藻土、多孔状珍珠岩、浮石状珍珠岩、或佛石。
5、权利要求1所述的方法制备的改性多孔结构粉体制备纳米复相陶瓷。
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