專利名稱：改性多孔結(jié)構(gòu)粉體制備納米復(fù)相陶瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體地是改性多孔結(jié)構(gòu)粉體制備納米復(fù)相陶瓷的方法。
背景技術(shù)：
陶瓷材料具有類似于金屬的強(qiáng)度和比金屬更為優(yōu)越的耐磨性、耐高溫性以及化學(xué)穩(wěn)定性，可用于一般金屬材料難以勝任的嚴(yán)酷環(huán)境，如高溫、強(qiáng)腐蝕環(huán)境。另外，由陶瓷制成的機(jī)件重量輕，隔熱性好，對(duì)提高能源利用效率具有重要意義。但由于其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的原因，陶瓷材料脆性大，對(duì)內(nèi)部缺陷敏感，裂紋一經(jīng)產(chǎn)生往往就迅速擴(kuò)展，使材料呈現(xiàn)無預(yù)兆災(zāi)難性的突然斷裂。由此，陶瓷部件與金屬部件相比可靠性較差，這已成為影響陶瓷材料推廣應(yīng)用的瓶頸。提高陶瓷材料的韌性是陶瓷材料尤其是結(jié)構(gòu)陶瓷材料研究的中心問題。
納米科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展給陶瓷材料的增韌甚至于獲得超塑性帶來了新的希望。若陶瓷材料的晶粒較大，則大顆粒容易成為應(yīng)力集中的位置，并為孔洞的成核提供了主要的位置。當(dāng)晶粒的尺寸達(dá)到納米量級(jí)時(shí)，材料的界面所占的比例將大大提高，大體積的界面區(qū)將提供足夠的晶界滑移機(jī)會(huì)，導(dǎo)致變形增加。因此，陶瓷晶粒尺寸的減小是獲取超強(qiáng)超韌的有效途徑。
納米復(fù)相陶瓷可分為三大類內(nèi)晶型納米復(fù)相陶瓷、晶界型納米復(fù)相陶瓷、納米—納米復(fù)相陶瓷。
目前納米復(fù)相陶瓷的制備方法不多，通常先制備出納米粒子，然后把若干種納米粉體混合或在其外包覆一層基質(zhì)組分，制成復(fù)合粉末。將復(fù)合粉體成型、燒結(jié)制備納米復(fù)相陶瓷。復(fù)合粉體具體的做法是將納米顆粒充分分散在含有基質(zhì)組分的溶液中，使系統(tǒng)形成凝膠，經(jīng)煅燒得到復(fù)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(王士維等，SiO2包裹3Y-TZP粉體的制備工藝和熱分析.現(xiàn)代技術(shù)陶瓷.1996(增)P27-30)。
現(xiàn)有方法的不足必須先制備納米顆粒，由于納米顆粒巨大的比表面積，極易團(tuán)聚，納米顆粒要在基質(zhì)溶液中的充分分散較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有方法的不足，提供一種改性多孔結(jié)構(gòu)粉料制備內(nèi)晶型納米復(fù)相陶瓷的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括——采用化學(xué)組裝的方法將組分引入具有不飽和鍵的多孔材料的孔洞之中，制成改性多孔結(jié)構(gòu)粉體；——改性多孔結(jié)構(gòu)粉體與陶瓷原料粉體混合，經(jīng)成型和燒結(jié)得納米復(fù)相陶瓷。
所述組分是鋁、鋯、鐵、鉻、錳、或鎂的離子、其聚羥基絡(luò)離子。
所述具有不飽和鍵的多孔材料是指顯微結(jié)構(gòu)是多孔特征，且孔內(nèi)壁的價(jià)鍵不飽和的材料，如硅藻土、多孔狀珍珠巖、浮石狀珍珠巖、或佛石。
在燒結(jié)過程中，孔內(nèi)組分與孔壁組分發(fā)生發(fā)應(yīng)，原位生成粒徑小于100納米的礦物，孔壁組分與孔外組分發(fā)生反應(yīng)，生成微米級(jí)的礦物，最終生成納米—微米復(fù)相陶瓷。
所述改性多孔結(jié)構(gòu)粉體的成分分布均勻，且粉體的顆粒大小無需在納米尺度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的比較具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明無需先制備納米粉體，而是采用化學(xué)組裝的方法將設(shè)計(jì)的組分以離子的形式引入具有不飽和鍵的多孔材料的孔洞之中，制成改性多孔結(jié)構(gòu)粉體。該粉體的成分分布均勻，且粉體的顆粒大小無需在納米尺度。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將AlCl3水解、聚合，制備鋁聚羥基絡(luò)離子，[Al13O4(OH)24(H2O)12]7+離子，將硅藻土制成懸浮液，將鋁聚羥基絡(luò)離子加入懸浮液，經(jīng)攪拌，將鋁聚羥基絡(luò)離子進(jìn)入硅藻土孔洞之中，制備改性多孔結(jié)構(gòu)粉體。將改性粉體與陶瓷粉體混合、成型，然后在1150℃下燒結(jié)制成陶瓷。經(jīng)分析測(cè)試，陶瓷材料的礦物組成為莫來石、方石英，其中莫來石有兩種相，其中一相為方石英包裹，被包裹的莫來石平均粒徑為13納米，形成納米復(fù)相陶瓷。
實(shí)施例2將AlCl3水解、聚合，制備鋁聚羥基絡(luò)離子，[Al13O4(OH)24(H2O)12]7+離子，將ZrCl4水解，制備鋯聚羥基絡(luò)離子，[Zr4(OH)8(H2O)16]8+。將硅藻土制成懸浮液，將鋁聚羥基絡(luò)離子、鋯聚羥基絡(luò)離子加入懸浮液，經(jīng)攪拌，將聚羥基金屬離子進(jìn)入硅藻土孔洞之中，制備改性多孔結(jié)構(gòu)粉體。將改性粉體成型，然后在1150℃下燒結(jié)制成陶瓷。經(jīng)分析測(cè)試，陶瓷材料的礦物組成為莫來石、鋯英石、方石英，莫來石、鋯英石被方石英包裹，莫來石、鋯英石平均粒徑為11納米和9納米，形成納米—微米復(fù)相陶瓷。其強(qiáng)度、耐磨性、韌性等力學(xué)性能較莫來石陶瓷均有較大幅度的提高。
權(quán)利要求
1.一種改性多孔結(jié)構(gòu)粉體制備納米復(fù)相陶瓷的方法，其特征在于包括——采用化學(xué)組裝的方法將組分引入具有不飽和鍵的多孔材料的孔洞之中，制成改性多孔結(jié)構(gòu)粉體；——改性多孔結(jié)構(gòu)粉體與陶瓷原料粉體混合，經(jīng)成型和燒結(jié)得納米復(fù)相陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性多孔結(jié)構(gòu)粉體制備納米復(fù)相陶瓷的方法，其特征在于所述組分是鋁、鋯、鐵、鉻、錳、或鎂的離子、其聚羥基絡(luò)離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性多孔結(jié)構(gòu)粉體制備納米復(fù)相陶瓷的方法，其特征在于所述具有不飽和鍵的多孔材料是指顯微結(jié)構(gòu)是多孔特征，且孔內(nèi)壁的價(jià)鍵不飽和的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性多孔結(jié)構(gòu)粉體制備納米復(fù)相陶瓷的方法，其特征在于所述具有不飽和鍵的多孔材料是硅藻土、多孔狀珍珠巖、浮石狀珍珠巖、或佛石。
5.權(quán)利要求1所述的方法制備的改性多孔結(jié)構(gòu)粉體制備納米復(fù)相陶瓷。
全文摘要
一種改性多孔結(jié)構(gòu)粉體制備納米復(fù)相陶瓷的方法,包括:采用化學(xué)組裝的方法將組分引入具有不飽和鍵的多孔材料的孔洞之中,制成改性多孔結(jié)構(gòu)粉體;改性多孔結(jié)構(gòu)粉體與陶瓷原料粉體混合,經(jīng)成型和燒結(jié)得納米復(fù)相陶瓷。本發(fā)明無需先制備納米粉體,而是采用化學(xué)組裝的方法將設(shè)計(jì)的組分以離子的形式引入具有不飽和鍵的多孔材料的孔洞之中,制成改性多孔結(jié)構(gòu)粉體。該粉體的成分分布均勻,且粉體的顆粒大小無需在納米尺度。
文檔編號(hào)C04B35/622GK1385398SQ0211539
公開日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者蘇達(dá)根, 張志杰 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)