[发明专利]一种无压快速烧结致密纳米晶粒陶瓷的方法

说明书

一种无压快速烧结致密纳米晶粒陶瓷的方法，首先将超细纳米粉体压制成型为陶瓷素坯，将素坯直接放入预升温至高温的马弗炉中，进行短时间保温快速烧结，烧结结束后迅速取出降温，即制得致密纳米晶粒的陶瓷，所得陶瓷样品的晶粒尺寸小于200nm，具有较好的光学性能和力学性能。

技术领域

本发明涉及一种无压快速烧结制备致密纳米晶粒陶瓷的工艺，属于陶瓷材料制备领域，具体涉及将超细纳米粉体压制成陶瓷素坯，将素坯直接放入高温马弗炉中进行短时间快速烧结，烧结结束后迅速取出降温，制备出致密化细晶粒的陶瓷样品及其制品。

背景技术

制备致密化细晶粒的陶瓷，获得更好的光学、力学、热学、电学、磁学等性能，满足更多的实际应用，如环保、安防、军工、国防等，是相关科研人员一直努力的追求。根据Hall—Petch关系式，陶瓷的晶粒尺寸越小，硬度和强度越高。在纳米复相陶瓷中，晶粒尺寸越小、相对致密度越高，则光学散射、吸收等损耗越小，透过率越趋于接近理论透过率，透过波段越宽。

采用商业的或自制的Y₂O₃-MgO复合超细纳米粉体为原料，制备Y₂O₃和MgO两相体积比接近1:1、两相均匀分布的细晶粒、高致密度纳米复相陶瓷，中红外透过率可达84％，接近理论透过率，抗弯强度超过400MPa，300℃高温中红外发射率低于0.02，在极细晶粒尺寸高致密度下能够实现近红外高透过率和可见半透明，维氏硬度达到较高的16.6GPa，成为未来高超音速飞行器红外窗口材料的希望和重要候选。

目前，已经有了许多制备致密化细晶粒陶瓷的烧结工艺，如热压烧结(HP)、放电等离子烧结(SPS)、微波辅助烧结、常规烧结后辅助热等静压烧结(HIP)等烧结方法，均能够制备出致密的陶瓷。但这些烧结工艺制备的Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷产品都存在些问题，如放电等离子烧结和微波烧结不适宜制备大尺寸复杂形状的产品；热压烧结制备的大尺寸样品密度不均匀，整体性能不佳；常规烧结后辅助热等静压烧结的样品晶粒尺寸相对较大，光学散射严重，导致平均透过率较低，抗弯强度大幅降低，且难以优化；采用热压烧结和放电等离子烧结工艺制备的样品，易受石墨模具中的碳污染影响，残余在样品中的碳难以完全除尽，会影响产品的热学、光学、力学等性能，并且对样品的抗热震性等高温性能不利，最终影响Y₂O₃-MgO纳米复相陶瓷产品的综合性能。