复合助烧剂及其用于低温制备纳米晶陶瓷的方法技术

本发明专利技术公开了一种复合助烧剂及其用于低温制备纳米晶陶瓷的方法，复合助烧剂包括烧结助剂和晶粒生长抑制剂，烧结助剂包括Ｌｕ、Ｎａ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂｉ等一种或多种金属的盐或氧化物；晶粒生长抑制剂包括Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ等一种或多种金属的盐或氧化物。通过向陶瓷原料中添加上述的复合助烧剂烧结获得纳米晶陶瓷，烧结温度不高于９００℃。可以在低温下烧结获得致密纳米晶粒陶瓷材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米陶瓷低温制备技术，尤其涉及一种复合助烧剂及其用于低温制 备纳米晶陶瓷的方法。
技术介绍
与其他材料如金属材料和高分子材料相比，陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、强度 高、硬度大等优点，但是，陶瓷材料又是典型的脆性材料，这是由其结构决定的。陶瓷 材料主要由品相、玻璃相和气孔相三部分组成，减少气孔相比例，发展致密陶瓷可以有 效改善材料性能。另一方面，传统陶瓷材料中晶粒尺寸一般在几微米到几十微米，这种 品粒尺寸和结构也不利于高性能陶瓷的发展。纳米晶粒陶瓷材料不仅具有传统陶瓷材料 的优点，而且能够有效改善陶瓷材料的韧性，获得良好的力学性能。采用传统的陶瓷原料和高温烧结技术，很容易造成晶粒长大，难以获得纳米尺寸的 陶瓷材料。现有技术中，人们研究采用非烧结方法来制备纳米晶粒陶瓷，如喷雾热解技术、激 光脉冲沉积、真空溅射等方法，不经过高温烧结直接获得纳米晶粒陶瓷。通常把上述方 法通称为"前驱体法"。采用前驱体法可以获得纳米晶粒陶瓷，但是陶瓷材料的致密度很难达到要求；另 外，上述材料如果再经过高温阶段，晶粒会进一步长大，不能保持纳米晶粒。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以在低温下烧结获得致密纳米晶粒陶瓷材料的复合助烧 剂及其用于低温制备纳米晶陶瓷的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的本专利技术的复合助烧剂，包括烧结助剂和晶粒生长抑制剂，所述烧结助剂包括以下一种或多种金属的盐或氧化物Li、 Na、 Ga、 In、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Bi;所述晶粒生长抑制剂包括以下一种或多种金属的盐或氧化物Mg、 Ca、 Al、 Zr、 Y。 本专利技术的利用上述的复合助烧剂低温制备纳米晶陶瓷的方法，通过向陶瓷原料中添加上述的复合助烧剂烧结获得纳米晶陶瓷，烧结温度小于或等于90(TC 。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术所述的复合助烧剂及其用于低温制 备纳米晶陶瓷的方法，由于复合助烧剂包括烧结助剂和品粒生长抑制剂，烧结助剂包括 以下一种或多种金属的盐或氧化物Li、 Na、 Ga、 In、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Bi; 晶粒生长抑制剂包括以下一种或多种金属的盐或氧化物Mg、 Ca、 Al、 Zr、 Y。通过向陶 瓷原料中添加上述的复合助烧剂烧结获得纳米晶陶瓷，烧结温度小于或等于90(TC。可以 在低温下烧结获得致密纳米晶粒陶瓷材料。具体实施例方式本专利技术的复合助烧剂及其用于低温制备纳米品陶瓷的方法其较佳的具体实施例方式是该复合助烧剂包括烧结助剂和晶粒生长抑制剂，通过添加烧结助剂来提高陶瓷的低 温烧结活性，通过添加晶粒生长抑制剂来抑制晶粒的过分生长，在低温下获得致密纳米 晶陶瓷。具体而言，就是在不高于90(TC的温度下，通过添加复合助烧剂烧结获得致密的 纳米晶陶瓷。复合助烧剂中烧结助剂的种类包括以下至少一种或选择几种金属的盐或氧化物 Li、 Na、 Ga、 In、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Bi;复合助烧剂中晶粒生长抑制剂的种类包括以下至少一种或选择几种金属的盐或氧化 物Mg、 Ca、 Al、 Zr和Y。烧结过程中，复合助烧剂中烧结助剂的添加量按摩尔数计为陶瓷原料摩尔数的O. 01-20%;复合助烧剂中晶粒生长抑制剂的添加量按摩尔数计为陶瓷原料摩尔数的O.Ol-lO %。所述的纳米晶陶瓷属于氧化物陶瓷，可以包括以下至少一种材料氧化铈、掺杂氧 化铈、氧化锆、掺杂氧化锆、氧化铝、掺杂氧化铝。其中，掺杂氧化铈的元素可以是下 面元素中的任何一种或几种钆、钐、钇、钙、镨、铽、钙等；掺杂氧化锆的元素可以 是下面元素中的任何一种或几种钇、钪、铈、钙、镁等。用于制备纳米晶陶瓷的原料粉体的晶粒尺寸可以为卜50 nm。低温制备纳米晶陶瓷的具体方法包括添加复合助烧剂、低温烧结实现纳米晶粒陶瓷 致密化，具体可以包括以下实施步骤将原料粉体和复合助烧剂的金属盐或者金属氧化物混合，加入乙醇、丙酮或异丙醇进行研磨或球磨，然后在50-100'C空气气氛下干燥，随后在400-80(TC煅烧1-4小时使金 属盐分解成金属氧化物。选择适合于各种传统陶瓷块体或薄膜成型工艺包括干压成型、等静压成型、挤制成4型、轧膜成型、流延成型、注模成型或泥浆涂敷成型等中的任意一种制备陶瓷块体或薄 膜生坯。将得到的陶瓷块体或薄膜生坯按l-l(TC/min升温速率升至700 90(TC，并在该温度 下保温l 24小时，然后以l-3(TC/min降温速率降到室温。经上述歩骤制备的纳米品陶瓷的相对密度不低于95%，晶粒尺寸不大于IOO nm;优化 的相对密度为98%以上，晶粒尺寸为50 nm以下。本专利技术中，通过添加助烧剂在低温下烧结，可以获得致密纳米品粒陶瓷材料，这种 材料可以是块体材料，也可以是薄膜材料。专利技术中主要针对二元氧化物陶瓷，但是这种 方法决不局限于二元氧化物，很容易扩展到三元、四元甚至更多组分的氧化物陶瓷。具体实施例下面通过具体实施例进一歩说明本专利技术的实质性特点和显著性进歩，必须强调的是 本专利技术绝非只局限于这些实施例。 实施例l:将平均晶粒大小为IO nm的20 mol% SmOl. 5掺杂Ce02粉体与硝酸钴(原料粉体的l mol%)和硝酸镁(原料粉体的0.05 mol%)混合后加入乙醇球磨，然后在5(TC空气气氛 下干燥，得到的干粉在50(TC煅烧2个小时。使用干压的方法将上述粉体压制成片，以 3° C /min的升温速率升到860° C，保温4个小时，随后以5 'C/min速率降到室温，所得 瓷体相对密度大于98%，晶粒尺寸约为70nm。实施例2:将平均晶粒大小为15 nm的10 mol% GdOl. 5掺杂Ce02粉体与硝酸锂(原料粉体的5 mol%)和硝酸铝(原料粉体的0.02 mol%)混合后加入乙醇球磨，然后在7(TC空气气氛 下干燥，得到的干粉在60(TC煅烧2个小时。使用干压的方法将上述粉体压制成片，以 1° C /min的升温速率升到800。 C，保温5个小时，随后以5 TVmin速率降到室温，所得 瓷体相对密度大于98%，晶粒尺寸约为50nm。实施例3:将平均晶粒大小为12nm的8 mol% Y203稳定Zr02 (8YSZ)粉体与硝酸铜(原料粉体的 5 mol%)和硝酸钇(原料粉体的l mol%)混合后加入丙酮球磨，然后在6(TC空气气氛下 干燥，得到的干粉在50(TC煅烧2个小时。使用干压的方法将上述粉体压制成片，以2° C /min的升温速率升到830。 C，保温10个小时，随后以5 TVmin速率降到室温，所得瓷体 相对密度大于95%，晶粒尺寸约为50nm。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替 换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。权利要求1、一种复合助烧剂，其特征在于，包括烧结助剂和晶粒生长抑制剂，所述烧结助剂包括以下一种或多种金属的盐或氧化物Li、Na、Ga、In、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Bi；所述晶粒生长抑制剂包括以下一种或多种金属的盐或氧化物Mg、Ca、Al、Zr、Y。2、 一种利用权利要求l所述的复合助烧剂低温制备纳米晶陶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合助烧剂，其特征在于，包括烧结助剂和晶粒生长抑制剂，所述烧结助剂包括以下一种或多种金属的盐或氧化物：Ｌｉ、Ｎａ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂｉ；所述晶粒生长抑制剂包括以下一种或多种金属的盐或氧化物：Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周肃，韩敏芳，刘泽，雷泽，于立安，彭苏萍，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：11[]