[发明专利]一种纳米陶瓷的制备方法及纳米陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷及其制备方法，尤其涉及一种纳米陶瓷的制备方法及纳米陶瓷。

背景技术

传统陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、强度高、硬度大等特点而广泛地应用在工业生产的各个领域，但是传统陶瓷具有的易脆性问题目前成为阻碍陶瓷材料更广泛的应用的主要因素之一，而新型功能陶瓷是可以克服传统陶瓷的易脆性问题，扩大陶瓷的应用范围的一大材料体系，功能陶瓷纳米化，纳米陶瓷、纳米器件是信息陶瓷进一步发展的趋势。而纳米陶瓷不仅保有传统陶瓷材料的优点，而且还具有高韧性、低温超塑性等优点，具有很好的应用前景。

目前纳米陶瓷的制备方法具有层合实体制造法、熔融沉积制造法、激光烧结等方法，但是在制备纳米陶瓷中有一些技术问题需要解决：如何获得大体积的相对密度较高而同时结构均匀的纳米陶瓷。目前的纳米陶瓷制备方法主要通过高压和超高压实现，这样的方法成本较高，工艺条件苛刻，无法用于大规模生产，而且很难获得大体积的相对密度较高，相对均匀的纳米陶瓷。

如何解决现有技术中纳米陶瓷制备的缺陷，工艺简易的获取大体积，相对密度高，的纳米陶瓷的制备方法是现有陶瓷使用需要突破的瓶颈。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的技术缺陷，本发明提出一种工艺简单，工艺成本低的纳米陶瓷制备方法及相对密度高，综合性能高的纳米陶瓷。

本发明的技术方案如下：

一种纳米陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

（1）原料配比：按照以下成分及重量比配比纳米原料粉体：氧化铝30-40份，氧化镧30-40份，氧化锆20-30份；

（2）真空热处理：将上述步骤（1）所配比的纳米原料粉体在真空环境下升温到600-1500℃，保温1-4小时，然后冷却至室温；

（3）快速无压烧结：将上述步骤（2）所获得的粉体进行无压烧结，即在温度500-800℃，烧结速率为100-200K/min的条件下，保温2-4小时，后降温取出。

优选的，上述制备方法中按照以下成分以下重量比配比纳米原料粉体：氧化铝30份，氧化镧40份，氧化锆30份。氧化铝、氧化镧、氧化锆作为原料，其成分的配比对于制备的纳米陶瓷的性能具有很大影响。氧化铝来源方便、价格低、具有优良的机械和电学性能，以它为基体制备的纳米陶瓷材料具有更好的综合性能。

优选的，上述制备方法中真空热处理的升温温度为1000℃。真空热处理可以使得陶瓷粉体在高温下形成素坯，对于后续的制备工艺作出准备。

优选的，所述的制备方法中真空热处理的保温时间为3小时。

优选的，所述的制备方法中快速无压烧结的温度为700℃。快速无压烧结的基本原理是使用最快的加热速率加热陶瓷素坯，然后尽快避开低温状态下的表面扩散，从而达到阻止早期晶粒的成长和限制晶粒成长。所以烧结的温度对于达到这样一个快速烧结的效果影响很大。

优选的，所述的制备方法中快速无压烧结的烧结速率为200K/min。烧结速率对于快速烧结的效果影响也很大，但是烧结速率过快也可能产生一些其他的缺陷，所以控制烧结速率也是制备工艺中一个重要的参数。

优选的，所述的制备方法中快速无压烧结的保温时间为3小时。

一种纳米陶瓷，通过上述方法制备得到的。纳米陶瓷材料的粒径控制对于陶瓷材料的应用具有很大的影响。优选的，纳米陶瓷的粒径为100-120nm。

本发明的有益效果在于：

第一、本发明所提供的纳米陶瓷的制备方法工艺成本低，工艺条件简易，可用于大规模工业生产。

第二、本发明所制备的纳米陶瓷不仅具有传统陶瓷材料的优点，而且还具有高韧性、低温超塑性等优点，而且还有其他诸如相对密度高，相对均匀等优点。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

通过下述实施例所制备的产品进行性能测试和微观分析。

实施例1

按照以下成分及重量比配比原料：氧化铝30份，氧化镧40份，氧化锆30份，取原料500g，在真空环境下升温到1000℃，保温3小时，然后冷却至室温，后将上述粉体进行无压烧结，在温度700℃，烧结速率为200K/min的调价下，保温3小时。

实施例2

按所述的相同步骤重复进行实施例1，但是在实施例2中按照以下成分及重量比配比原料：氧化铝40份，氧化镧40份，氧化锆20份。

实施例3-6