CN101186510B - 块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法，包括粉体真空热处理、粉体成型和高压烧结三个步骤，其中粉体真空热处理的工艺为：在真空度不低于10-2Pa的真空环境下、以5～20℃/分升温速率升温至500～1300℃保温0.5～5小时，然后冷却至室温；粉体成型工艺为：将粉体在常温、5～20MPa压力下干压成型；高压烧结工艺为：在压力1～6GPa、温度500～900℃烧结，保温时间至少为5分钟。此方法既可在两面顶压机上制备出块状不裂透明纳米陶瓷，也可在六面顶压机上制备出块状不裂透明纳米陶瓷。
Description
技术领域
本发明属于透明陶瓷领域，特别涉及透明纳米陶瓷的制备方法。
背景技术
透明陶瓷具有高温氧化物单晶的优良理化性能和玻璃的易做异型器件且尺寸可以做大的双重优点，因此其应用领域越来越广。纳米陶瓷由于其晶粒的细化，晶界数量大幅度增加，可使材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，并对材料的电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为材料的利用开拓了一个崭新的领域，已成为材料科学研究的热点。
纳米陶瓷的制备工艺主要包括纳米原料粉体的制备、成型和烧结。与微米陶瓷相比，由于原料粒度变小，将引起纳米原料粉体的团聚、成型素坯的开裂以及烧结过程中的晶粒长大，从而影响纳米陶瓷的结构和性能。以往的研究工作，更多的是关注烧结工序，采取了较传统方法不同的特殊烧结方法来控制晶粒生长，例如，采用低温、超高压烧结。《Applied Physics Letters》于2006年5月公开了一种透明纳米陶瓷的低温、超高压烧结法(Lu Tiecheng，Chang Xianghui，Qi Jianqi，Luo Xiangjie，Low-temperaturehigh-pressure preparation of transparent nanocrystalline MgAl2O4 ceramics，Applied PhysicsLetters，Vol：88，No.23120，2006)，该方法将镁铝尖晶石纳米粉体初压成型为素坯，然后用六面顶压机在高压下对素坯进行烧结，烧结温度600℃左右，烧结时间20～30分钟。该方法成功的制备了透明纳米陶瓷，但存在的问题是：素坯烧结为透明陶瓷的同时裂为很多小块，难以制备大块体的透明陶瓷。
公开号为CN1962538 A的中国专利申请公开了超高压制备透明纳米陶瓷的方法，对上述低温超高压烧结方法进行了改进，采用两面顶压机代替六面顶压机进行烧结，制备了较大尺寸的陶瓷块体，但是相比之下两面顶压机不如六面顶压机普及，而且使用两面顶压机制备出的透明陶瓷的裂块现象虽有改善，但是仍有相当部分的样品碎裂为多块，制备块体陶瓷的成功率有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改进的透明纳米陶瓷的制备方法，此种方法不仅提高了制备块状透明陶瓷的成功率，而且拓宽了烧结设备的范围。
本发明的技术方案：从纳米原料粉体表面改性入手，对现有透明陶瓷的低温、超高压烧结法进行改进，具体措施是将纳米原料粉体真空热处理后，再进行粉体成型与高压烧结。
本发明所述透明纳米陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)粉体真空热处理
将制备透明陶瓷的纳米原料粉体装入真空炉中，在真空度不低于10-2Pa的真空环境下升温至500～1300℃保温0.5～5小时，然后冷却至室温。在上述保温温度区间500～1300℃，较低的保温温度也可以达到本发明的有益效果，而且可以节约电能，所以保温温度在500～1000℃、保温1～5小时为较优选方案，保温温度在500～800℃、保温2～5小时为优选方案。升降温速率对纳米原料粉体的处理效果无明显影响，但根据现有真空热处理设备的情况，升降温速率控制在5～20℃/分之间为宜。
(2)粉体成型
将经过步骤(1)真空热处理后的纳米原料粉体装入模具中，在常温、压力5～20MPa下干压成型为素坯；
(3)高压烧结
将步骤(2)制备的素坯放入六面顶压机或两面顶压机中，在压力1～6GPa下烧结，烧结温度为500～900℃，烧结时间至少为5分钟，即制得透明纳米陶瓷。需要说明的是：并非压力越高、温度越高即可获得最好的烧结效果。为达到理想的烧结效果，需寻求压力、温度以及烧结时间的有效配合。实验表明，压力3～4GPa、温度500～700℃下保温20～30分钟为优选方案。
上述方法所述原料粉体可以是镁铝尖晶石(MgAl2O4)纳米粉体或者氧化铝(Al2O3)纳米粉体。镁铝尖晶石纳米粉体可以由分析纯(＞99％)镁盐和铝盐制备而成，镁盐和铝盐的配比按Mg与Al的摩尔比为1∶2计量，所述镁盐为MgSO4或Mg(NO3)2，所述铝盐为NH4Al(SO4)2或Al(NO3)3或NH4Al(CO3)2；制备方法是将镁盐和铝盐加去离子水形成混合溶液(去离子水的加入量无严格要求，淹过镁盐和铝盐即可)，然后将混合溶液放入加热炉中，在常压以5～10℃/分钟的速率加热至1100～1150℃焙烧，在该温度至少保温2小时后使之自然冷却至室温，得到洁白蓬松的镁铝尖晶石(MgAl2O4)粉体，研磨后用分样筛筛分，即得到MgAl2O4纳米粉体。镁铝尖晶石纳米粉体还可采用双金属醇盐法制备，具体工艺见中国专利ZL 95117836.9。氧化铝(Al2O3)纳米粉体可使用商业化的纳米γ-氧化铝(γ-Al2O3)粉体。
本发明所述粉体真空热处理可改善烧结活性、有利于制备块状不裂透明陶瓷的机理如下：
高的比表面积和表面能是纳米粉体团聚的强大动力，外来物质(如空气、水等)在表面的化学吸附与化学反应，改变了表面结构和相互作用性质，在粉体表面生成羟基等新结构，使粉体间相互吸引(如氢键间的作用力)与化学反应(如-OH基间聚合反应)，这是导致大多数纳米粉体严重团聚的根本原因。而本发明所述真空热处理方法可将纳米粉体表面导致物理吸附的气体和化学吸附的羟基等通过高真空热处理去除，将团聚的颗粒重新分散，因而提高了粉体烧结活性。
纳米粉体经过本发明中所述的真空热处理方法处理后，再经过成型与烧结，制备出了块状不裂透明纳米陶瓷，所制备出的透明陶瓷的照片如图1所示，具体工艺见实施例1和实施例3。
本发明具有以下有益效果：
1、纳米原料粉体经过真空热处理方法处理后，既可以在两面顶压机上制备出块状不裂透明纳米陶瓷，也可以在六面顶压机上制备出块状不裂透明纳米陶瓷，拓宽了烧结设备的范围。
2、本发明所述方法由于对纳米原料粉体进行了真空热处理，所制备的块状透明纳米陶瓷裂块现象基本消除，与现有低温、超高压烧结法相比，提高了制备块状透明纳米陶瓷的成功率。位于图1中左边的陶瓷由未经真空热处理的纳米原料粉体烧结而成，可以看到陶瓷碎裂为很多小块；位于图1中间和右边的陶瓷为经过真空热处理的纳米粉体烧结而成的，所得陶瓷为块状整体，纳米原料粉体处理前后的对比烧结效果十分明显。
3、本发明所述方法仅在现有低温、超高压烧结法的基础上增加了粉体真空热处理步骤，因而工艺简单并可节约电能。
附图说明
图1是镁铝尖晶石透明纳米陶瓷的照片，该照片是将镁铝尖晶石陶瓷放置在有文字的网格衬底上拍摄的，以表明镁铝尖晶石陶瓷的透明度；照片中位于左边的碎块陶瓷为现有低温、超高压烧结法所制备，照片中位于中间和右边的陶瓷为本发明所述方法制备。
具体实施方式
实施例1
本实施例的工艺步骤如下：
(1)制备镁铝尖晶石纳米粉体
以分析纯MgSO4·7H2O(纯度≥99.0％)和NH4Al(SO4)2·12H2O(纯度≥99.5％)为原料，MgSO4·7H2O和NH4Al(SO4)2·12H2O的配比按Mg与Al的摩尔比1∶2计量。将计量好的MgSO4·7H2O和NH4Al(SO4)2·12H2O放入容器，加去离子水搅拌形成混合溶液(去离子水的加入量无严格要求，淹过MgSO4·7H2O和NH4Al(SO4)2·12H2O即可)，将混合溶液用石英杯盛装后放置于马弗炉中，在常压以5℃/分钟加热至1150℃焙烧，在该温度下保温4小时，然后使之自然冷却到室温，得到洁白蓬松的MgAl2O4粉体，研磨后用分样筛筛分，即得到纯度大于99％镁铝尖晶石(MgAl2O4)纳米粉体；
(2)粉体的真空热处理
将步骤(1)制备的镁铝尖晶石(MgAl2O4)纳米粉体装入真空炉中，在真空度为10-3Pa的真空环境下、以10℃/分升温速率升温至1000℃保温1小时，然后以10℃/分降温速率冷却至室温；
(3)粉体成型
将1克步骤(2)处理后的镁铝尖晶石纳米粉体装入钢制模具中，在常温、压力10MPa下保压3分钟即成型为素坯；
(4)高压烧结
将素坯放入六面顶压机中，在5分钟将压力升至4GPa，保持该压力的同时在5分钟将温度升至600℃，在600℃烧结20分钟，然后在5分钟将温度降至室温，在5分钟将压强降至常压，即制得镁铝尖晶石透明纳米陶瓷，该陶瓷为图1所述照片中位于中间的块状陶瓷。
实施例2
(1)制备镁铝尖晶石纳米粉体
以分析纯MgSO4·7H2O(纯度≥99.0％)和NH4Al(CO3)2(纯度≥99.5％)为原料，MgSO4·7H2O和NH4Al(CO3)2的配比按Mg与Al的摩尔比为1∶2计量。将计量好的MgSO4·7H2O和NH4Al(CO3)2放入容器，加去离子水搅拌形成混合溶液(去离子水的加入量无严格要求，淹过MgSO4·7H2O和NH4Al(CO3)2即可)，将混合溶液用石英杯盛装后放置于马弗炉中，在常压以10℃/分钟加热至1150℃焙烧，在该温度下保温2小时，然后使之自然冷却到室温，得到洁白蓬松的MgAl2O4粉体，研磨后用分样筛筛分，即得到纯度大于99％镁铝尖晶石(MgAl2O4)纳米粉体；
(2)粉体的真空热处理
将步骤(1)制备的镁铝尖晶石(MgAl2O4)纳米粉体装入真空炉中，在真空度为10-2Pa的真空环境下、以5℃/分升温速率升温至500℃保温5小时，然后以5℃/分降温速率冷却至室温；
(3)粉体成型
将10克步骤(2)处理后的镁铝尖晶石纳米粉体装入钢制模具中，在常温、压力5MPa下保压5分钟即成型为素坯；
(4)高压烧结
将素坯放入两面顶压机中，在3分钟将压力升至3GPa，保持该压力的同时在3分钟将温度升至700℃，在700℃烧结30分钟，然后在3分钟将温度降至室温，在3分钟将压强降至常压，即制得镁铝尖晶石透明纳米陶瓷。
实施例3
(1)制备镁铝尖晶石纳米粉体
以分析纯Mg(NO3)2(纯度≥99.0％)和NH4Al(SO4)2·12H2O(纯度≥99.5％)为原料，Mg(NO3)2和NH4Al(SO4)2·12H2O的配比按Mg与Al的摩尔比为1∶2计量。将计量好的Mg(NO3)2和NH4Al(SO4)2·12H2O放入容器，加去离子水搅拌形成混合溶液(去离子水的加入量无严格要求，淹过Mg(NO3)2和NH4Al(SO4)2·12H2O即可)，将混合溶液用石英杯盛装后放置于马弗炉中，在常压以8℃/分钟加热至1150℃焙烧，在该温度下保温6小时，然后使之自然冷却到室温，得到洁白蓬松的MgAl2O4粉体，研磨后用分样筛筛分，即得到纯度大于99％镁铝尖晶石(MgAl2O4)纳米粉体；
(2)粉体的真空热处理
将步骤(1)制备的镁铝尖晶石(MgAl2O4)纳米粉体装入真空炉中，在真空度为10-3Pa的真空环境下、以20℃/分升温速率升温至1300℃保温0.5小时，然后以20℃/分降温速率冷却至室温；
(3)粉体成型
将1克步骤(2)处理后的镁铝尖晶石纳米粉体装入钢制模具中，在常温、压力15MPa下保压2分钟即成型为素坯；
(4)高压烧结
将素坯放入六面顶压机中，在5分钟将压力升至6GPa，保持该压力的同时在5分钟将温度升至500℃，在500℃烧结60分钟，然后在5分钟将温度降至室温，在5分钟将压强降至常压，即制得镁铝尖晶石透明纳米陶瓷，该陶瓷为图1所述照片中位于右边的块状陶瓷。
实施例4
(1)准备γ-氧化铝(γ-Al2O3)纳米粉体
所备γ-氧化铝(γ-Al2O3)纳米粉体为市售商品，由大连路明纳米材料有限公司生产，平均颗粒大小为20纳米；
(2)粉体的真空热处理
将γ-氧化铝(γ-Al2O3)纳米粉体装入真空炉中，在真空度为10-3Pa的真空环境下、以10℃/分升温速率升温至800℃保温2小时，然后以10℃/分降温速率冷却至室温；
(3)粉体成型
将2克步骤(2)处理的γ-氧化铝纳米粉体装入钢制模具中，在常温、压力20MPa下保压1分钟即成型为素坯；
(4)高压烧结
将素坯放入六面顶压机中，在3分钟将压力升至1GPa，保持该压力的同时在3分钟内将温度升至900℃，在900℃烧结5分钟，然后在3分钟将温度降至室温，在3分钟将压强降至常压，即制得氧化铝透明纳米陶瓷。
上述实施例中使用的真空炉型号为WZD-20高真空实验炉，六面顶压机型号为DS6×800吨，两面顶压机型号为DS 2×3500吨，均为市售商品；粉体成型所用的加压装置为千斤顶。
Claims (7)
1.一种块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法，其特征在于包括粉体真空热处理、粉体成型和高压烧结步骤，所述粉体真空热处理工艺为：将纳米原料粉体在真空度不低于10-2Pa的真空环境下升温至500～1300℃，保温0.5～5小时，然后冷却至室温，所述纳米原料粉体为MgAl2O4或Al2O3，所述高压烧结工艺为：将素坯在压力1～6GPa、温度500～900℃烧结，保温时间至少为5分钟。
2.根据权利要求1所述的块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法，其特征在于所述粉体真空热处理工艺为：将纳米原料粉体在真空度不低于10-3Pa的真空环境下升温至500～1000℃保温1～5小时，然后冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法，其特征在于所述粉体真空热处理工艺为：将纳米原料粉体在真空度不低于10-3Pa的真空环境下升温至500～800℃保温2～5小时，然后冷却至室温。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法，其特征在于所述粉体成型工艺为：将真空热处理后的纳米原料粉体在常温、压力5～20MPa下干压成型。
5.根据权利要求4所述的块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法，其特征在于所述高压烧结工艺为：将素坯在压力3～4GPa、温度500～700℃烧结，保温时间为20～30分钟。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法，其特征在于所述高压烧结在两面顶压机或六面顶压机中进行。
7.根据权利要求5所述的块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法，其特征在于所述高压烧结在两面顶压机或六面顶压机中进行。
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Citations (2)
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