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《先进复相陶瓷的研究现状和展望_纳米陶瓷复合材料的研究发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、先进复相陶瓷的研究现状和展望(Ⅲ)———纳米陶瓷复合材料的研究发展徐利华(清华大学材料系北京100084)黄勇(浙江大学材料系)(清华大学材料系)摘要:本文着重分析纳米复相陶瓷的制备工艺、力学性能、显微结构以及强韧化机理,多组元多层次复合体系的实行,为将来高强高韧陶瓷设计与研制开辟新的工程应用领域。2.1机械混合法7-9目前用这种方法制备SiC(n)/Al2O3,Si3N4(n)/Al2O3等系统纳米颗粒复相陶瓷,制备过程中对粉末进行预处理以克服团聚。机械混合法的不足之处在于不能保证两相组份的均匀分散性,球磨本身很难破坏纳米颗粒的团聚,
2、以致球磨之后分散颗粒团聚、沉降造成进一步的不均匀。若在机械混合分散的基础上使用大功率超声波以破坏团聚,调整体系的pH值使两种粉末颗料分散的悬浮颗粒的双电层结构具有静电稳定性,使用适当的分散剂可使最终的分散性有一定的改善。1.引言对陶瓷材料实行多层次复合是获取超强超韧的有效途径,除了从组份上设计具有协同强韧化机制的多元复合体系以外,也可从材料结构角度来加以设计。业已证实控制弥散相结构微细化,晶粒尺寸从微米级→亚微米级→纳米级减小,材料的强度出现一个大的飞跃,使得陶瓷基纳米复合材料的研究成为当今最热门的课题之一。近年来超细粉末的制备技术的发
3、展推动了纳米固体材料的进程。采用如各种CVD法、Sol2gel法、水热法、微乳液法以及高能球磨法的先进制备手段可制备粒径小到几十甚至几个纳米的超细粉复合粉末法10-12复合粉末法是经化学、物理过程直接制取二元及二元以上组分的纳米复合粉末,如利用CVD技术制备Si-C-N复合粉末,经烧结制备SiC(n)/Si3N4纳米复合陶瓷,以及利用反应热压法,即先利用B4C+TiH2+BN+B+C之间的高温反应合成Ti-B-C-N复合超细粉末,再经过热压烧结Ti(C,N)/TiB2纳米复相陶瓷。复合粉末法还可通过Sol-gel法混合超细粉。2.2体1
4、25。由于纳米颗粒的活性较高烧结过程中易出现晶粒的异常长大且难以致密等缺点,但若使其均匀地分散在异质基体组分中,烧结过程中能使其保留在基体可获得致密的瓷体,为此研究纳米复相陶瓷材料比研究纳米材料具有更实际的意义6。2.纳米复相陶瓷的制备方法制备纳米复相陶瓷的目标是要使陶瓷基体结构中均匀分散纳米级颗粒,并使这些颗粒进入基体内部形成“内晶型”结构。制备纳米复相陶瓷的方法一般有以下几种:—56—原位生成法13-17该法首先将基质粉末分散于含纳米相组分的前驱体溶液中,经热处理生成纳米相颗2.3丁子上硅酸盐通报1997年第2期相陶瓷,其显微结构更
5、为精密19。粒。其优点保证两相之均匀分散。如制备SiC(n)/Si3N4纳米复合陶瓷,通过热解有机前驱体聚八甲基环四硅氮烷,300～1400℃温度区间内进行热解而得。近年来还发展了其他新的途径17,通过SiC基复合体系内部原位碳热还原反应法合成第二相碳化物纳米颗3.纳米复相陶瓷的力学性能和微观结构关于纳米复合陶瓷的研究表明7-11陶瓷基体中引入纳米分散相进行复合,材料的强度、韧性及高温性能得到极大地改善,新原粒,在氩气中热压烧结NbB2/陶瓷。2.4液相分散包裹法5,18SiC纳米复相皓一13总结了不同系统的纳米复合陶瓷的性能改善,如表
6、4所示。纳米复合陶瓷能使基体材料的强度和韧性提高2～5倍。氧化物陶瓷及其纳米复相陶瓷的断裂强度与温度的关系表明引入一定含量的纳米颗粒后,其强度与耐高温性能明显提高,特别是SiC(n)/MgO纳米复合陶瓷超过1000℃的高温强度,到1400℃附近仍接近600MPa。这在解决1600℃以上应用的高温结构材料方面,纳米复合陶瓷是重要的途径之一。将纳米粉末分散于含有基体溶液中,通过调整工艺参数在没有析晶、团聚、沉降情况下,使体系冻结、凝胶,经热处理而得到复合粉末。还可通过凝胶铸(Gel-Casting)技术制备SiC/Al2O3复合粉末,即将纳
7、米SiC和γ-Al2O3(0.1μm)分散于含有机单体丙烯酰胺,交联剂叉甲基双丙烯酰胺的水溶液中,用过硫酸铵为引发剂,在一定温度及催化条件下体系快速聚合。用这种方法制备的纳米复表4纳米复合陶瓷的力学性能的改进KIC(MPam1/2)σf(MPa)NanocompositeMaximunOperationTemp.T/℃SiC(n)/Al2O3Si3N4(n)/Al2O3SiC(n)/MgOSiC(n)/Si3N43.5→4.83.5→4.71.2→4.53.5→4.8350→1500350→850340→700850→1550800→1
8、200800→1300600→14001200→1500基质晶粒一般在0.5～5μm之间,纳米颗粒一般在10～200nm之间。近期高家化采用TEM,EDAX和HREM对15vol%Si3N4(n)/Al2O
