[发明专利]一种高强度纳米陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种具有高强度和优良耐高温、耐磨性能的纳米陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。要制备纳米陶瓷，这就需要解决：粉体尺寸形貌和粒径分布的控制，团聚体的控制和分散；体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控制。

纳米陶瓷材料依据性能可分为两大类型：一类是纳米结构陶瓷，另一类是纳米功能陶瓷。前者是在传统陶瓷粉体中通过加入纳米颗粒，或是将传统陶瓷粉体纳米化，通过在烧结凝固时控制凝固或结晶相的大小和分布，从而改变陶瓷显微结构以提高其力学性能所制得的纳米陶瓷材料，这些力学性能有硬度、强度、塑性和韧性等。后者是通过添加具有独特功能的纳米相或颗粒，或本身在常规微米级时未能完全表现出来的通过超细化而具有特殊功能的纳米陶瓷材料，这些特殊功能包括声学、光学、电学、磁学、生物活性、对环境的敏感性等。对于纳米功能陶瓷在保证一定功能的基础上有时需要兼顾一定的力学性能。

申请号为200910230613.3的专利文献“一种高强度纳米陶瓷复合绝热材料及其制备方法”，公开了一种高强度纳米陶瓷的制备方法，它由下列重量份比的原材料组成:漂珠120～180份,硅灰10～50份,钛酸钾晶须35～60份,硅凝胶或者无机粘合剂或者硅凝胶与无机粘合剂的混合物500～600份,二氧化钛5～24份,高岭土8～12份,硅藻土10～16份,硅酸铝纤维网格布50～108份。该种纳米陶瓷复合绝热材料抗压强度高,导热系数小,可耐高温800℃～1000℃,且有很高的压缩变形率,材料容重轻,经济效益和社会效益好。由此可知，该高强度纳米陶瓷材料是纳米结构陶瓷，是在传统的陶瓷材料中加入纳米颗粒，以达到复合材料的高强度等力学性能。但是，实际上该技术方案以硅为主体，强度适中，并没有达到一个较高水平。

申请号为201310672641.7的专利文献“一种纳米陶瓷材料及其制备方法”，公开了一种高强度的纳米陶瓷材料按重量百分比包括以下组分：纳米ZrO₂6-7份、亚微米Al₂O₃35-38份、纳米TiC25-28份、纳米BN2.2-5份以及纳米B₄C3-5份，余量为纳米MgO。

由此可知，该纳米复合陶瓷材料是采用其纳米或亚微米级材料，复合添加纳米碳化钛(TiC)、纳米氮化硼(BN)和纳米碳化硼(B₄C)得到高强度纳米复合陶瓷材料，因此，具有高硬度和高强度的性能，但是其断裂性能一般，脆性加大，作为刀具材料，不能长期使用。

发明内容

本发明解决的技术问题：针对现有技术的不足，克服现有技术的缺陷，本发明提供一种高强度纳米陶瓷材料及其制备方法。

本发明的技术方案：一种高强度纳米陶瓷材料，由以下质量份数的各个组分构成：

(1)碳化硅，18-32份；

(2)碳化钨，15-25份

(3)纳米MnO，4-9份；

(4)Nb₂O₅，3-8份；

(5)TaSe₂，4-8份；

(6)纳米氧化锌，5-8份；

(7)纳米氧化锆，5-15份；

(8)烧结助剂，6-10份。

作为优选，烧结助剂为纳米氧化镁、氧化钛、二氧化硅或氧化钙的一种或多种。

作为优选，烧结助剂为纳米氧化镁和氧化钛。

作为优选，纳米氧化镁和氧化钛的质量之比为1-2:1。

一种高强度纳米陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

(1)称量：准确称取各个组分；

(2)混合：将各个组分混合在一起，搅拌均匀之后，加入酒精，搅拌0.5-1h，后烘干；

(3)研磨：将步骤(2)的混合物放入研磨机进行研磨；

(4)煅烧：将步骤(3)得到的混合物放入模具，进行高温煅烧；

(5)冷却：煅烧结束之后，待冷却至室温，取出，即得到高强度纳米陶瓷材料。

作为优选，将步骤(4)中高温煅烧的温度为1100℃-1500℃。

作为优选，将步骤(4)中高温煅烧的压力为3-6GPa。

作为优选，将步骤(4)中高温煅烧的时间为2-8h。