[发明专利]一种异质核-壳结构增韧剂的制备方法、氧化铝陶瓷材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种异质核‑壳结构增韧剂的制备方法、氧化铝陶瓷材料及制备方法和应用，该异质核‑壳结构增韧剂的制备方法包括以下步骤：1)将稀土金属硝酸盐与去离子水、无水乙醇配制成一定浓度的稀土阳离子混合液；2)将纳米氧化铝粉末倒入稀土阳离子混合液中，充分混合后球磨；然后，将获得的悬浮液在真空烘箱中干燥，以除去水和乙醇；3)将干燥后所获得的粉体研磨细化，过筛，在马弗炉中煅烧，得到异质核‑壳结构增韧剂。氧化铝陶瓷材料的原料中含有异质核‑壳结构增韧剂。本发明制备得到的增韧剂可有效提升氧化铝陶瓷材料的韧性、强度等，材料加工性能好，大大提高了陶瓷产品良率。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种异质核-壳结构增韧剂的制备方法、氧化铝陶瓷材料及制备方法和应用。

背景技术

氧化铝陶瓷由于其具有硬度强、膨胀系数低、绝缘、耐磨、耐腐蚀等特点，在机械制造、精密仪表、石油化工、航空航天、电子通讯等领域有广泛的应用。但氧化铝陶瓷材料一般弹性模量相当大、硬度高、脆性大，裂纹敏感性强，因此在加工过程中，经常会出现崩瓷的现象，产品成品率降低，导致生产难度与成本增加。因此，增韧氧化铝陶瓷，以降低机械加工难度、提高加工精度，对推进相关产品的产业化，具有重要意义。

纳米增韧是陶瓷增韧的常用手段之一。据文献报道，构建纳米陶瓷复合材料可大幅度提高单相陶瓷材料的强度、韧性和使用温度。2016年张立德团队在Al₂O₃材料中加入15％纳米SiC，使单相Al₂O₃材料强度由350MPa提高到1500MPa。随着纳米陶瓷复合材料产业的逐渐发展，科研人员越发意识到陶瓷增韧机理探究的重要性。

稀土元素具有独特的电子层结构以及独特的物理和化学性质，是近年来科研领域研发的热点之一。研究表明，稀土阳离子半径较铝离子大很多，离子半径的差距使它们难以固溶，稀土元素主要存在于氧化铝晶界上。此外，具有玻璃网状结构的稀土氧化物体积较大，难以移动，会阻碍其他离子迁移，使晶界迁移速率降低，抑制晶粒畸形长大。因此，加入少量稀土氧化物可以促进氧化铝与其它烧结助剂组分反应生成熔点较低的液态相，通过晶粒间隙的毛细管作用，利用液相填充空隙，可使陶瓷更加致密化。此外，掺入晶界玻璃相的稀土氧化物能够改善玻璃相的强度进而增强陶瓷的力学性能。蒋强强等人研究了稀土LaF₃对氧化铝陶瓷材料结构和性能；赵军等人研究了纳米Al₂O₃对氧化铝陶瓷力学性能及微观结构的影响；李拓文等人以氧化铝陶瓷作为基质材料，通过向氧化铝材料中添加纳米氧化铝粉，同时添加α型氧化铝板晶颗粒来改善氧化铝陶瓷的力学性能。杨尚余等人研究了不同稀土氧化物及添加量对氧化铝陶瓷的致密化和力学性能的影响。虽然已有大量文献报道稀土氧化物的添加可使陶瓷材料物理性能明显增强(如硬度、强度或韧性等)，但鲜有文献报道特殊复合结构如核-壳结构协同增韧氧化铝陶瓷的理论研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种异质核-壳结构增韧剂的制备方法、氧化铝陶瓷材料及制备方法和应用，制备得到的多元稀土氧化物-纳米氧化铝复合异质核-壳结构增韧剂可有效提升氧化铝陶瓷材料的韧性、强度等，材料加工性能好，大大提高了陶瓷产品良率。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种异质核-壳结构增韧剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将稀土金属硝酸盐与去离子水、无水乙醇配制成一定浓度的稀土阳离子混合液；

2)将纳米氧化铝粉末倒入稀土阳离子混合液中，充分混合后球磨；然后，将获得的悬浮液在真空烘箱中干燥，以除去水和乙醇；

3)将干燥后所获得的粉体研磨细化，过筛，在马弗炉中煅烧，得到所述异质核-壳结构增韧剂。