CN104478432A - 一种低烧结温度高强度复合陶瓷体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低烧结温度高强度复合陶瓷体的制备方法，包括步骤：（1）小粒子的制备得到粒径为80-120nm的小粒子；（2）大粒子的制备:得到球形大粒子；（3）将上述所得大粒子与小粒子充分混合，压成样片，烧结。本发明以大粒子构成骨架，以小粒子作为填加剂或活性剂，不但增加了粉体的填充密度，而且由于小粒子可转移到大粒子表面，有利于在较低的烧结温度下得到致密的高性能的陶瓷。本发明有利于增加粉体的堆积密度，提高粉体的烧结活性，降低烧结温度；与添加低熔点氧化物的方法，本发明不会对制得的陶瓷制品的电导、机械强度等性能有影响。本发明可以通过控制大小粒子间的比例来适当调节烧结温度。

Description

一种低烧结温度高强度复合陶瓷体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种低烧结温度高强度陶瓷体的制备方法。

背景技术

金属氧化物陶瓷材料，特别是多元复合金属氧化物材料，具有一系列的功能特性，在高新技术领域中具有极大的潜在应用价值。例如，三价Y、Gd、Nd掺杂的CeO₂在中温下具有较好的氧离子导电性能，La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-d是优良的透氧膜材料，Yba₂Cu₃O₇是一种优良的高温超导材料，CoFe₂O₄是一种高密度记录材料，SrTiO₃是良好的光电材料。要把这些复合金属氧化物材料开发成应用器件，前驱粉体的优良性起着至关重要的作用。目前的陶瓷制备方法是以某种方法制备的粉体为原料，经过压片或浇铸等成形工艺，再在一定的温度下烧结，从而得到所需的陶瓷制品。但是以一种方法制备的粉体为原料，通常有粒径分布窄，初装密度低，不利于低温烧结等特点。典型的复合陶瓷粉体制备方法主要有固相反应法，共沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧法、均相共沉淀法以及喷雾热解法。固相反应法是制备复合金属氧化物陶瓷粉体的最简单的方法，它是将金属氧化物质按一定的比例充分混合，再在一定的温度下灼烧而得到的。粒子多为球形，但由于是固体原料间的相互反应，通常需要在很高的温度下才可得到固熔体，因此粒子一般粒径较大，活性较差，需要在高温下烧结才可得到致密的陶瓷。共沉淀法是目前应用最广的一种复合金属氧化物陶瓷粉末制备技术，它是在溶液状态下，通过加入沉淀剂，使多种金属离子同时以盐的形式沉淀出来（如草酸盐、氢氧化物等）。由于是在液态下同时沉淀得到的，制备的粉体活性高，易烧结。由于是在极性溶液中生成，粉体的粒子可能为球形或棒状。溶胶凝胶法也是软化学制备方法的一种，它是利用金属醇盐的水解生成的。《美国陶瓷会志》（Huang, J.Am.Ceram.Soc.81[2]357,1998）报道用这种方法可以得到纳米级的，且粒径分布很窄的球形粒子。但是这种方法相对来说价格比较昂贵。燃烧法是近年来使用的比较广泛的一种适于制备多种金属氧化物的复合氧化物陶瓷的方法，它是将硝酸盐溶液与一定比例的甘氨酸或柠檬酸等相混合，加热形成凝胶，继尔发生自燃，同时释放出大量的热和气体。《美国陶瓷会志》（Xia, J.Am.Ceram.Soc.,84[8],2001）报道这种方法得到的粉体形貌极不规则，且非常蓬松，松装密度非常低，但球磨后可得形状规则的小粒子。相共沉淀法是利用尿素等到在一定温度下分解生成氨水的特性，使金属离子同时沉淀得到，这种方法得到的粉体的粉径分布也很窄，但是烧结活性并不很好，这可能与粒径分布窄影响粒子间的接触有关。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低烧结温度高强度陶瓷体的制备方法。本发明克服了添加低熔点的氧化物会降低陶瓷电导等性能的缺点，在保证不影响各种性能的条件下降低了烧结温度。

本发明的一种低烧结温度高强度复合陶瓷体的制备方法，包括下述步骤：

（1）小粒子的制备：按摩尔比Ce(NO₃)₃ : Y(NO₃)₃ =3-6:1称取相应的硝酸盐，溶于蒸馏水形成总离子浓度为0.1-0.3M的溶液，在溶液中加入总离子摩尔数1-2倍的甘氨酸，加热自燃后，将得到的软团聚体充分球磨后，得到粒径为80-120nm的小粒子；

（2）大粒子的制备:将氧化钐与氧化铈粉体按摩尔比1：6-8的比例混合，充分球磨后，于800-900℃下灼烧，得到球形大粒子；

（3）将上述所得大粒子与小粒子充分混合，并在220Mpa下压成样片，然后再于1200-1300^oC下烧结即可。

优选的，步骤（1）所述Ce(NO₃)₃ 与Y(NO₃)₃的摩尔比为4:1为佳。

优选步骤（2）中所述球形大粒子粒径为小粒子粒径的5-10倍，更优选为6-8倍。

优选的，步骤（3）所述小粒子的加入量为大、小粒子总质量的15-30%为佳，更优选为20%。

本发明中小粒子可以选择尺寸相差5-10倍的不同方法制备的小粒子作为填加剂，其中尺寸更小的小粒子添加量约为另一种的20-30%，进一步形成填充梯度，降低烧结温度。

本发明以大粒子构成骨架，以小粒子作为填加剂、活性剂，不但大大增加了粉体的填充密度，而且由于小粒子可转移到大粒子表面，有利于在较低的烧结温度下得到致密的高性能的陶瓷。与单一粉体的烧结性能相比，本发明有利于增加粉体的堆积密度，提高粉体的烧结活性，降低烧结温度；与添加低熔点氧化物的方法，本发明不会对制得的陶瓷制品的电导、机械强度等性能有影响。本发明可以通过控制大小粒子间的比例来适当调节烧结温度。

具体实施方式

下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。

实施例1

（1）小粒子的制备：按摩尔比Ce(NO₃)₃ : Y(NO₃)₃ =4:1称取相应的硝酸盐，溶于蒸馏水形成总离子浓度为0.25M的溶液，在溶液中加入总离子摩尔数1.5倍的甘氨酸，加热自燃，将得到的软团聚体充分球磨后，得到了粒径约为100nm的粒子。

（2）大粒子的制备：将氧化钐与氧化铈粉体按摩尔比1：8的比例混合，充分球磨后，于900℃下灼烧，得到约800nm的球形粒子。

（3）将大小粒子按质量比4：1的比例充分混合，在220Mpa下压成样片，在1250^oC下烧结即可达到95%的相对密度（以理论压实密度为100%）。

实施例2

（1）小粒子的制备：按摩尔比Ce(NO₃)₃ : Y(NO₃)₃ =5:1称取相应的硝酸盐，溶于蒸馏水形成总离子浓度为0.2M的溶液，在溶液中加入总离子摩尔数1.8倍的甘氨酸，加热自燃，将得到的软团聚体充分球磨后，得到了粒径约为100nm的粒子。

（2）大粒子的制备：将氧化钐与氧化铈粉体按摩尔比1：6的比例混合，充分球磨后，于880℃下灼烧，得到约1um的球形粒子。

（3）将大小粒子按质量比3：1的比例充分混合，在220Mpa下压成样片，在1250^oC下烧结即可达到96%的相对密度。

Claims (4)

1.一种低烧结温度高强度复合陶瓷体的制备方法，包括下述步骤：

（1）小粒子的制备：按摩尔比Ce(NO₃)₃ : Y(NO₃)₃ =3-6:1称取相应的硝酸盐，溶于蒸馏水形成总离子浓度为0.1-0.3M的溶液，在溶液中加入总离子摩尔数1-2倍的甘氨酸，加热自燃后，将得到的软团聚体充分球磨后，得到粒径为80-120nm的小粒子；

（2）大粒子的制备:将氧化钐与氧化铈粉体按摩尔比1：6-8的比例混合，充分球磨后，于800-900℃下灼烧，得到球形大粒子；

（3）将上述所得大粒子与小粒子充分混合，并在220Mpa下压成样片，然后再于1200-1300^oC下烧结即可。

2.如权利要求1所述低烧结温度高强度复合陶瓷体的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述Ce(NO₃)₃ 与Y(NO₃)₃的摩尔比为4:1。

3.如权利要求1所述低烧结温度高强度复合陶瓷体的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述球形大粒子粒径为小粒子粒径的5-10倍。

4.如权利要求1所述低烧结温度高强度复合陶瓷体的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述小粒子的加入量为大、小粒子总质量的15-30%。