The invention relates to a method for pulsed discharge flash sintering nano-ceramic materials at room temperature, belonging to the field of ceramic material preparation. Based on the idea of instantaneous high temperature produced by insulating breakdown current of ceramic powders under high voltage, EDC is used to prepare nano-ceramic materials, and ZrO2 powders with initial particle size of 50 nm are selected as representative for discharge sintering, and different sintering conditions are determined according to different materials, sintering sizes and loose mounting or not. The powder can be sintered by discharging sintering when it is loosely loaded into the mould or pre-formed into the mould, and the grain size of the sintered material is still within 100 nm after sintering with nano-ceramic powder. ZrO2 ceramics with nanocrystalline and high density were successfully prepared. The invention can sinter ceramic materials at room temperature, greatly shorten the sintering time, greatly reduce energy consumption, and because of its extremely short heating and cooling time, has achieved extremely remarkable results in restraining grain growth.
【技术实现步骤摘要】
一种脉冲放电室温闪速烧结纳米陶瓷材料的方法
本专利技术属于陶瓷材料制备领域,具体涉及一种在室温下的脉冲放电闪速烧结纳米陶瓷材料的方法。
技术介绍
目前绝大多数陶瓷材料均使用传统粉末冶金方法制备,即粉体预处理、成形、烧结、烧结后处理。部分应用在航空航天、军工、燃料电池等高精尖领域的先进陶瓷材料也采用了其他粉末冶金新技术,如放电等离子烧结、微波烧结、热等静压烧结、激光选区烧结等,并且都具备了良好工业应用能力。但以上方法都不能避免一定的保温时间,从而导致了晶粒的长大,使得制备纳米陶瓷材料变得困难。众所周知,当材料晶粒尺寸达到了100纳米以下即被称为纳米材料,纳米材料通常能展现出一些传统材料所不具备的新特性,如特殊的熔点、磁性、光学性能、导热性及导电性等。由于传统陶瓷材料的“脆性”,使得其韧性差,加工性差,但纳米陶瓷材料不仅由于其特殊的性能可作为功能材料使用,其良好力学性能还使得其具备了能与金属材料相媲美的良好的加工性。利用电场辅助烧结早在100年前就已经在制备金属材料方面得到了应用,经过100多年的发展,目前最为成熟的方法为放电等离子烧结(SPS),SPS已经广泛的应用于制备各种高性能的金属、金属陶瓷、陶瓷等材料。SPS类似于热压烧结,不同的是SPS利用持续的脉冲电流激发粉末颗粒之间放电,形成等离子通道,实现快速升温,促进了原子的快速扩散,从而实现了快速的致密化,但目前关于粉末颗粒间是否形成等离子的通道尚未形成统一的定论。SPS虽然和传统粉末冶金方法相比已经大大的缩短了保温时间,但还是难以抑制晶粒的长大。在电场辅助烧结的各种方法中,一种在室温下利用电容器瞬时放电 ...
【技术保护点】
1.一种在室温下的脉冲放电闪速烧结纳米陶瓷材料的方法,其特征在于对纳米陶瓷粉末在室温下进行放电烧结,烧结完成后,晶粒尺寸仍然处于100nm内,烧结参数因不同材料而异;具体步骤如下:(1)确定所需烧结体的尺寸,选择相应大小的模具和电极,再通过该材料的理论密度计算出该尺寸下所需的装粉量;(2)将纳米粉末松装入一端插有电极模具中或将粉末预成型后放入,再将模具另一端也插入电极;(3)将组装好的模具和电极插到烧结设备腔体的底座上,平稳固定后再用设备中的液压机对其施加轴向压力;(4)对电容器组进行充电,调节到所需的电压值,再进行放电,使电流流过粉体完成烧结;(5)将模具中的烧结体进行退模;烧结后的材料的晶粒长大程度小,采用纳米陶瓷粉末烧结后,其晶粒大小仍处于100nm内。
【技术特征摘要】
1.一种在室温下的脉冲放电闪速烧结纳米陶瓷材料的方法,其特征在于对纳米陶瓷粉末在室温下进行放电烧结,烧结完成后,晶粒尺寸仍然处于100nm内,烧结参数因不同材料而异;具体步骤如下:(1)确定所需烧结体的尺寸,选择相应大小的模具和电极,再通过该材料的理论密度计算出该尺寸下所需的装粉量;(2)将纳米粉末松装入一端插有电极模具中或将粉末预成型后放入,再将模具另一端也插入电极;(3)将组装好的模具和电极插到烧结设备腔体的底座上,平稳固定后再用设备中的液压机对其施加轴向压力;(4)对电容器组进行充电,调节到所需的电压值,再进行放电,使电流流过粉体完成烧结;(5)将模具中的烧结体进行退模;烧结后的材料的晶粒长大程度小,采用纳米陶瓷粉末烧结后,其晶粒大小仍处于100nm内。2.如权利要求1所述在室温下的脉冲放电闪速烧结纳米陶瓷材料的方法,其特征在于根据不同的材料、烧结尺寸及是否松装因素,选择不同的烧结条件,对于烧结的尺寸为直径10mm,高3mm纳米ZrO2陶瓷,且粉末为松装时,选择串联放电,放电电压为6000V。3.如权利要求1所述在室温下...
【专利技术属性】
技术研发人员:张新房,梁艺涵,刘学兵,
申请(专利权)人:北京科技大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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