块状不裂透明纳米陶瓷的制备方法技术

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↑［－２］Ｐａ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。

Method for preparing bulk non splitting transparent nano ceramic

A preparation method of bulk crackless transparent nano ceramic powder, which comprises the vacuum heat treatment, powder molding and high pressure sintering steps for vacuum heat treatment process the powder: nano powder in vacuum is not less than 10 increase of - 2 Pa under vacuum environment temperature to 500 to 1300 DEG C, holding 0.5 to 5 hours, and then cooled to room temperature.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于透明陶瓷领域，特别涉及透明纳米陶瓷的制备方法。
技术介绍
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。 《A卯lied 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-temperature high-pressure preparation of transparent nanocrystalline MgAl2(D4 ceramics ， yip_p//e<i尸/^iv'cs 丄"few， 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'C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，但是枏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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术所述透明纳米陶瓷的制备方法，包括以下步骤 O)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500 130(TC保温0.5~5小时，然后冷却至室温。在上述保温温度区间 500 130(TC，较低的保温温度也可以达到本专利技术的有益效果，而且可以节约电能，所以 保温温度在500~1000°C、保温1~5小时为较优选方案，保温温度在500 800°C、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 'C/分之间为宜。(2) 粉体成型将经过步骤(l)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'C，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 70(TC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(MgAl204)纳米粉体或者氧化铝(A1203) 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MgS04或Mg(N03)2，所述 铝盐为NH4A1(S04)2或A1(N03)3或NH4A1(C03)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。C/分钟的速率加热至1100 115(TC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(MgAl204)粉体，研磨后用分样筛筛分，即得到MgAl204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ZL95117836.9。氧化铝(Al203)纳米粉体可使用商 业化的纳米，氧化铝(，A1203)粉体。本专利技术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(如一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。而本专利技术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。纳米粉体经过本专利技术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l所示，具体工艺见实施例 l和实施例3。本专利技术具有以下有益效果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、 本专利技术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、 本专利技术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专利技术所述方法制备。具体实施例方式实施例l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MgS04 7H20 (纯度>99.0% )和NH4A1(S04)2 12H20 (纯度》99.5% ) 为原料，MgS04 7H20和NH4A1(S04)2 12H20的配比按Mg与Al的摩尔比1: 2计量。 将计量好的MgS04 7H20和NH4A1(S04)2 12H20本文档来自技高网...

【技术保护点】
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↑［－２］Ｐａ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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：常相辉，卢铁城，张杰，贺端威，邹永涛，王江华，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90