專(zhuān)利名稱(chēng)：陶瓷復(fù)合納米材料及其制備方法、使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及陶瓷復(fù)合納米材料及其制備方法、使用方法。
背景技術(shù)：
納米技術(shù)作為一種最具有市場(chǎng)應(yīng)用潛力的新興科學(xué)技術(shù)，其潛在的重要性毋庸置疑，一些發(fā)達(dá)國(guó)家都投入大量的資金進(jìn)行研究工作。如美國(guó)最早成立了納米研究中心，日本文教科部把納米技術(shù)列為材料科學(xué)的四大重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目之一。
日本在材料科學(xué)領(lǐng)域一直走在世界的前沿，特別是在高技術(shù)陶瓷材料方面占有領(lǐng)先、突出的地位。一般來(lái)看，日本和歐美乃至中國(guó)在陶瓷材料研究方面水平相差并不大，但在新型陶瓷材料的產(chǎn)業(yè)方面日本在世界上占有絕對(duì)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。盡管日本近幾年來(lái)經(jīng)濟(jì)停滯不前，新型陶瓷材料沒(méi)有能像預(yù)想的那樣在汽車(chē)工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，但是近5年來(lái)陶瓷產(chǎn)業(yè)的平均遞增率接近6％，1998年度日本陶瓷的總產(chǎn)量接近1.7兆日元。納米復(fù)合陶瓷從20世紀(jì)80年代末起，日本大力開(kāi)展納米復(fù)合陶瓷的研究。研究集中在納米級(jí)氧化物陶瓷，主要有M90-SIC系、AL2O3-SiC系、Si3N4-SIC系等等。與一般復(fù)合陶瓷不同的是，彌散相的晶粒很小，直徑一般小于100納米，彌散分布在直徑為微米的母相晶粒內(nèi)和晶界之間。AL2O3-SiC納米復(fù)合陶瓷的抗彎強(qiáng)度比AL2O3單體提高近3倍。納米復(fù)合陶瓷不僅在常溫下具有很高的強(qiáng)度，其高溫強(qiáng)度性能也明顯提高。近來(lái)，雙向納米復(fù)合陶瓷和納米壓電復(fù)合陶瓷是引人注目的新方向。
復(fù)合陶瓷通過(guò)材料內(nèi)部復(fù)合相的協(xié)同增韌補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)，可使陶瓷材料的性能大幅度提高，對(duì)陶瓷材料實(shí)行多層次復(fù)合是獲得超強(qiáng)、超韌的有效途徑。隨著控制彌散相的粒度、晶粒尺寸從微米級(jí)→亞微米級(jí)→納米級(jí)的減小，材料強(qiáng)度出現(xiàn)了大幅度的飛躍。例如日本研制出的具有超塑性的ZrO2-Al2O3復(fù)合材料，抗彎強(qiáng)度達(dá)2450MPa。因此，復(fù)合陶瓷技術(shù)和納米技術(shù)相結(jié)合，可制備納米復(fù)合材料，納米復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性的提高可歸結(jié)為晶粒細(xì)化和斷裂模式的改變。
我國(guó)陶瓷材料研究最近獲得新的突破高性能納米復(fù)合陶瓷在上海研制成功，這種納米復(fù)合陶瓷材料的強(qiáng)度、韌性，以及降低電阻率等方面的性能均達(dá)到國(guó)際水準(zhǔn)。
由于這種陶瓷是用幾種陶瓷復(fù)合而成，并添加具有磁性、電性、光性能的其他材料，因而它既擁有結(jié)構(gòu)陶瓷的力學(xué)性能，又具備功能陶瓷的特殊功能。如由于磁性材料的添加，其電阻率大大降低，使其從高絕緣體變成了可導(dǎo)電的材料，擴(kuò)大了應(yīng)用面，從而也使原先不可切割的陶瓷，如今可用電火花進(jìn)行切割，大大降低了陶瓷材料的加工成本。
陶瓷材料具有金屬和其他材料不可比擬的耐高溫、耐腐蝕、耐磨性能，可廣泛應(yīng)用在一些軍工、航空、航天、汽車(chē)制造等高科技領(lǐng)域，如航天飛行器的外殼，就是用耐高溫的陶瓷材料制成的。但是高強(qiáng)度、高韌性的陶瓷在制備方面有很高的要求，傳統(tǒng)的制備方法常會(huì)出現(xiàn)陶瓷粉體組分不均勻、燒結(jié)過(guò)程長(zhǎng)而導(dǎo)致晶粒過(guò)大，破壞陶瓷材料的力學(xué)性能和可靠性，以致難以推廣應(yīng)用。上海硅酸鹽研究所研制的納米復(fù)合陶瓷，有望突破我國(guó)陶瓷材料在應(yīng)用上的“瓶頸”，加快高性能納米陶瓷產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。
總之，納米技術(shù)正成為各國(guó)科技界所關(guān)注的焦點(diǎn)，正如錢(qián)學(xué)森院士所預(yù)言的那樣納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的特點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命，從而將是21世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供陶瓷復(fù)合納米材料。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
它包括下述組份，按重量份計(jì)納米級(jí)硅溶膠 100納米氧化鉀1.0～3.0納米氧化鋰0.5～1.0納米氧化鋯0.2～0.6納米碳化硅0.2～1.5納米氧化鈦0.3～2.0納米氧化鋅0.1～3.0納米氧化鈣0.1～1.0納米氧化鋁0.1～2.0。
本發(fā)明的目的之二是提供陶瓷復(fù)合納米材料的制備方法，其制備如下首先將納米級(jí)硅溶膠加入反應(yīng)器中，然后加入納米氧化鉀、納米氧化鋰，再加入納米氧化鋅或納米氧化鈣、納米氧化鋁中的一種或一種以上的納米級(jí)氧化物，邊加料邊攪拌，然后慢慢加熱至70～80℃，開(kāi)始反應(yīng)，系統(tǒng)PH值為10～12；反應(yīng)液在反應(yīng)初期呈白色混濁狀，隨反應(yīng)的進(jìn)行逐漸透明，反映65～75小時(shí)，所得反應(yīng)生成物為無(wú)色或熒光色的透明液，將配方量的納米氧化鋯、納米碳化硅、納米氧化鈦逐漸加入所得透明液中，經(jīng)超聲波分散至完全分散即得納米陶瓷復(fù)合材料。
本發(fā)明的目的之三是提供陶瓷復(fù)合納米材料的使用方法先對(duì)陶瓷表面進(jìn)行清潔，然后進(jìn)行粗化，再將所述復(fù)合納米材料涂覆于陶瓷表面，干燥后再加以150～260℃的溫度進(jìn)行燒結(jié)固化。
利用納米復(fù)合材料于陶瓷材料中產(chǎn)生多孔特性，使原重量之陶瓷體積變大，達(dá)到質(zhì)輕的效果。本發(fā)明運(yùn)用納米材料在燒結(jié)過(guò)程中釋放氣體的機(jī)制使陶瓷表面及內(nèi)部產(chǎn)生多孔性結(jié)構(gòu)進(jìn)而達(dá)到輕量化之目的，其主要功能為量輕、比表面積增大、強(qiáng)度增大，應(yīng)用范圍可為建筑材料、機(jī)械設(shè)備、過(guò)濾器材、吸附材料及電子行業(yè)等。
利用納米復(fù)合材料于陶瓷材料中低熱變率達(dá)到燒制過(guò)程低變形率之功能。由兩種或兩種以上組分材料的熱膨脹系數(shù)和彈性模量的失配，復(fù)合材料經(jīng)熱壓加工后，在納米顆粒和基體中存在殘余熱應(yīng)力，這種局部應(yīng)力集中足以使合適的滑移面位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)，而產(chǎn)生許多新位錯(cuò)，這個(gè)應(yīng)力對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)化及燒制過(guò)程中熱變形率的控制有一定的效果。
利用納米復(fù)合材料于陶瓷材料中增加陶瓷材料之韌性及彈性，改善易碎之不良特性。納米陶瓷的力學(xué)性能顯著提高與內(nèi)晶型結(jié)構(gòu)的形成有密切的關(guān)系。內(nèi)晶型結(jié)構(gòu)的形成不僅可以強(qiáng)化晶界，改善界面上的應(yīng)力分布，而且由內(nèi)晶型結(jié)構(gòu)形成的次界面對(duì)力學(xué)性能提高有密切的關(guān)系。用納米陶瓷顆粒散分布在另一種陶瓷基體中組成的復(fù)合材料稱(chēng)為納米復(fù)合陶瓷材料，這種復(fù)合材料的強(qiáng)度、斷裂韌度，硬度和抗蠕變性等力學(xué)性能要比單一陶瓷要好得多。
利用納米復(fù)合材料于陶瓷材料中之憎水性及表面張力達(dá)到低吸水率之要求。以納米氧化鈦，以改性碳化硅之特殊憎水性，達(dá)到陶瓷低吸水率之功能再加以致密之納米陶瓷復(fù)合材料使其不致有吸水受熱破裂之虞。
一般陶瓷釉料表面為玻璃質(zhì)表面，傳統(tǒng)工藝為燒釉技術(shù)外，無(wú)法以其他材料涂覆，在燒釉過(guò)程中耗費(fèi)極大的能源及人力，本納米材料表面涂覆技術(shù)為低溫涂覆，約150～260℃，且有不沾易潔、耐高溫、耐蝕之高附著力效果。
利用納米類(lèi)陶瓷材料以溶膠-凝膠技術(shù)復(fù)合其他材料以單層或雙層及以上涂覆在陶瓷表面再加以低溫，約150～260℃，燒結(jié)固化，其優(yōu)點(diǎn)為以低溫將無(wú)毒安全之色料混散在納米涂層中再涂覆在陶瓷表面上，既有美觀(guān)更有不沾、易潔、安全之功能于民生用品中可大量應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式例一本發(fā)明的復(fù)合材料包括下述組份，按重量份計(jì)納米級(jí)硅溶膠 100納米氧化鉀2.0納米氧化鋰0.5納米氧化鋯0.2納米碳化硅0.3
納米氧化鈦0.5納米氧化鋅0.1納米氧化鈣0.2納米氧化鋁0.2例二納米級(jí)硅溶膠 100納米氧化鉀3.0納米氧化鋰1.0納米氧化鋯0.6納米碳化硅1.0納米氧化鈦1.5納米氧化鋅2.0納米氧化鈣1.0納米氧化鋁1.5。
陶瓷復(fù)合納米材料的制備方法首先將納米級(jí)硅溶膠加入反應(yīng)器中，然后加入納米氧化鉀、納米氧化鋰，再加入納米氧化鋅或納米氧化鈣、納米氧化鋁中的一種或一種以上的納米級(jí)氧化物，邊加料邊攪拌，然后慢慢加熱至70～80℃，開(kāi)始反應(yīng)，系統(tǒng)PH值為10～12；反應(yīng)液在反應(yīng)初期呈白色混濁狀，隨反應(yīng)的進(jìn)行逐漸透明，反映70小時(shí)，所得反應(yīng)生成物為無(wú)色或熒光色的透明液，將配方量的納米氧化鋯、納米碳化硅、納米氧化鈦逐漸加入所得透明液中，經(jīng)超聲波分散至完全分散即得納米陶瓷復(fù)合材料。
陶瓷復(fù)合納米材料的使用方法先對(duì)陶瓷表面進(jìn)行清潔，然后進(jìn)行粗化，再將所述復(fù)合納米材料涂覆于陶瓷表面，干燥后再加以150～260℃的溫度進(jìn)行燒結(jié)固化。
權(quán)利要求
1.陶瓷復(fù)合納米材料，其特征在于它包括下述組份，按重量份計(jì)納米級(jí)硅溶膠 100納米氧化鉀1.0～3.0納米氧化鋰0.5～1.0納米氧化鋯0.2～0.6納米碳化硅0.2～1.5納米氧化鈦0.3～2.0納米氧化鋅0.1～3.0納米氧化鈣0.1～1.0納米氧化鋁0.1～2.0。
2.陶瓷復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于首先將納米級(jí)硅溶膠加入反應(yīng)器中，然后加入納米氧化鉀、納米氧化鋰，再加入納米氧化鋅、納米氧化鈣、納米氧化鋁中的一種或一種以上的納米級(jí)氧化物，邊加料邊攪拌，然后慢慢加熱至70～80℃，開(kāi)始反應(yīng)，系統(tǒng)PH值為10～12；反應(yīng)液在反應(yīng)初期呈白色混濁狀，隨反應(yīng)的進(jìn)行逐漸透明，反映65～75小時(shí)，所得反應(yīng)生成物為無(wú)色或熒光色的透明液，將配方量的納米氧化鋯、納米碳化硅、納米氧化鈦逐漸加入所得透明液中，經(jīng)超聲波分散至完全分散即得陶瓷復(fù)合納米材料。
3.陶瓷復(fù)合納米材料的使用方法，其特征在于先對(duì)陶瓷表面進(jìn)行清潔，然后進(jìn)行粗化，再將所述陶瓷復(fù)合納米材料涂覆于陶瓷表面，干燥后再加以150～260℃的溫度進(jìn)行燒結(jié)固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及陶瓷復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及陶瓷復(fù)合納米材料及其制備方法、使用方法，本納米材料表面涂覆技術(shù)為低溫涂覆，且有不沾易潔、耐高溫、耐蝕之高附著力效果；于生活用品中可大量應(yīng)用；該陶瓷復(fù)合納米材料以溶膠－凝膠技術(shù)及特種分散技術(shù)制備得到。
文檔編號(hào)C04B41/87GK101066861SQ20071002848
公開(kāi)日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者秦如新 申請(qǐng)人:東莞拓?fù)鋵?shí)業(yè)有限公司