[发明专利]一种柱状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法

说明书

一种柱状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法，涉及氧化铝/氧化锆复合陶瓷领域，是要解决现有方法制备的柱状晶陶瓷诱发的柱状晶含量少，分布不均匀，晶粒尺寸大导致陶瓷的强度和韧性不足的问题。方法：一、将铝粉和稀释剂进行干燥；二、将铝粉和稀释剂混合，球磨，过筛，得到混合物料；三、将混合物料装入高压反应器中，充入Osubgt;2/subgt;或Osubgt;2/subgt;混合气体，下端设有喷嘴，点燃混合物料，进行高温燃烧合成反应，反应结束后形成高温熔体，保温，开启喷嘴，熔体喷出，经液相冷却，即得到柱状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末。本发明制备的陶瓷粉末具有纳米柱状晶晶种，且柱状晶晶种含量高，经烧结后具有较高的强度和韧性。本发明方法用于柱状晶陶瓷领域。

技术领域

本发明涉及氧化铝/氧化锆复合陶瓷领域，尤其涉及一种柱状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法。

背景技术

各种氧化物陶瓷材料因具有某些优良的特殊性能(如：耐高温、抗腐蚀、耐磨损等)，在各个领域内得到了广泛的应用。特别是氧化铝、氧化锆陶瓷产量大，性能优异，已经成为应用最广泛的陶瓷材料。通常显微结构为等轴晶的氧化物陶瓷，断裂韧性、断裂强度相对较低，极大地限制了其应用领域。而对于柱状晶氧化物陶瓷，断裂韧性、断裂强度都会有极大的提高，特别是原位自生均匀分布的柱状晶氧化物陶瓷，性能更加优异。

对于大部分陶瓷(除了晶粒本身容易长成柱状晶外)，要想制备柱状晶，主要通过以下几种途径。

一、在陶瓷基体中添加少量柱状晶/晶须微米粉或纳米粉，制备含柱状晶结构陶瓷。但是添加量少，分布不均匀，使得性能差异较大；添加量大，纳米粉不仅存在易团聚、晶粒易长大等问题，而且随着添加量的增大，柱状晶/晶须起到了骨架作用，难以烧结致密，从而大大降低了强韧化效果，如SiC晶须和Si₃N₄晶须添加量一般不超30vol％。

二、向陶瓷粉体添加诱发剂，烧结过程中可原位诱发制备柱状晶陶瓷。此方法的诱发剂为稀土氧化物，这种原位的方法提高了柱状晶的含量，从而提高陶瓷的性能。文献(Spark plasma sintered high hardness alpha/beta Si₃N₄ composites with MgSiN₂as additives.Scripta Materialia.61,347-350(2009))介绍了引入稀土氧化物助剂诱发Si₃N₄陶瓷发生α→β相变，生成棒状β-Si₃N₄，一般这种方法生成的棒状晶含量少(30-60vol％)、分布不均匀且柱状晶尺寸较大(短轴为微米级)；虽然高含量棒状β-Si₃N₄可以提高Si₃N₄陶瓷的强度和韧性，但是它的硬度下降较大，两者不可兼得。文献(《国内外原位生长柱状晶增韧氧化铝陶瓷研究的现状》，铸造设备研究，2008，No.1，46-51)介绍了引入添加剂和晶种的种类，通过常压或热压烧结，制备长柱状晶氧化铝陶瓷。诱发剂多指金属、金属盐、氧化物、非氧化物等。诱发的柱状晶长径比多为2-8，尺寸为微米级，陶瓷的强度和韧性远远不足。

综上所述，通过添加柱状晶/晶须微米粉或纳米粉，制备含柱状晶结构陶瓷，因柱状晶/晶须起到了骨架作用，难以烧结致密，所以添加量一般不超过30vol％，不能使强韧化效果最大化。通过添加诱发剂和晶种烧结诱发生柱状晶陶瓷，诱发的柱状晶含量少，分布不均匀，且多为微米级尺寸，其陶瓷的强度和韧性远远不足。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的柱状晶陶瓷诱发的柱状晶含量少，分布不均匀，晶粒尺寸大导致陶瓷的强度和韧性不足的技术问题，提供一种柱状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷的制备方法。

本发明柱状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法，具体包括以下步骤：