專利名稱：：一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及陶瓷材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種先進(jìn)行粉體造粒，再進(jìn)行復(fù)合粉體熱處理，繼而由熱處理所得粉體制備陶瓷材料及其陶瓷材料制品的方法。(二)
背景技術(shù)：
：具有高強度、高韌性、高硬度、耐髙溫、耐磨損、耐腐蝕和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能的一類先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料已逐歩成為航空航天、船舶、汽車、新能源、電子信息、冶金、化工等工業(yè)
技術(shù)領(lǐng)域：
不可缺少的關(guān)鍵材料。然而，目前的陶瓷材料廣泛存在脆性大，可靠性較差的缺點，從而限制了其相關(guān)特性的發(fā)揮和實際應(yīng)用。近二、三十年來，世界各國的研究者們?yōu)榻鉀Q陶瓷材料的脆性和可靠性問題開展了大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)。于是陶瓷材料由微米陶瓷向納米陶瓷發(fā)展、單相陶瓷向多相復(fù)合陶瓷發(fā)展就成為如今高性能陶瓷的重要發(fā)展趨勢。對陶瓷材料進(jìn)行增韌補強是各國研究者們一直追求的目標(biāo)，已經(jīng)尋求到一些有效的方法，如相變增韌；顆粒、晶須或纖維增韌補強；納米結(jié)構(gòu)強韌化等。同時，也從理論上提出了相關(guān)的機理，如相變增韌、微裂紋增韌和彌散增韌等Zr02陶瓷的增韌機制；針對晶須增韌補強陶瓷基復(fù)合材料的裂紋橋接、裂紋偏轉(zhuǎn)、晶須拔出等機理；針對納米復(fù)相陶瓷的晶內(nèi)型韌化和晶間型韌化的強韌化機理?，F(xiàn)有陶瓷材料的主要制備工藝包括粉體制備處理、成形和燒結(jié)。粉體制備處理通常涉及將購來的所需組分的微米級至納米級的陶瓷粉體混合、在物料中加入塑化劑和對陶瓷粉體進(jìn)行所謂的造粒，之后將粉體成形為所需形狀的坯料，然后再通過適當(dāng)?shù)姆绞綄⑴髁蠠Y(jié)成具有最終性能的塊體結(jié)構(gòu)陶瓷材料。因為陶瓷材料由粉體成形、燒結(jié)而成，不可避免地存在一定量的孔隙，不同成分和粒度的粉體雖經(jīng)球磨混料，仍難以達(dá)到十分均勻的程度。一般希望結(jié)構(gòu)陶瓷粉體越細(xì)越好，有利于高溫?zé)Y(jié)。但對成形時卻不然，尤其對干壓成形，因細(xì)粉流動性不好易產(chǎn)生空洞，導(dǎo)致坯料致密度不高。這就是在成形前需進(jìn)行粉體造粒的原因。造粒的方法屮以噴霧干燥造粒法的效果最好。然而，應(yīng)當(dāng)指出現(xiàn)行的造粒主要是考慮到有利于成形，沒有考慮到可否通過適當(dāng)?shù)姆垠w處理來調(diào)控粉體組織結(jié)構(gòu)最終提高陶瓷材料的強韌性。為了使陶瓷材料具有優(yōu)異的強韌性能，以往制備工藝的研究多集中于粉體成形后的燒結(jié)、多組分復(fù)相陶瓷的研發(fā)和發(fā)展納米陶瓷。然而，至今還未見有通過處理調(diào)控粉體組織結(jié)構(gòu)以提高陶瓷材料強韌性能的報道。4經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，名稱為"大顆粒球形納米陶瓷粉末的生產(chǎn)方法和應(yīng)用方法(中國專利申請?zhí)?2113987.3)"的中國專利涉及大顆粒球形納米陶瓷粉末和工藝，并涉及將大顆粒球形納米陶瓷粉末應(yīng)用于陶瓷制品。然而，該專利僅適用于所用的納米粉體粒徑為5至90納米(nm)，獲得的大顆粒球形納米陶瓷粉末粒徑為5至90微米()am)。更重要的是，該專利不涉及含稀土添加劑相，也不涉及所得大顆粒球形納米陶瓷粉末具有納米/亞微米尺度的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，還不涉及經(jīng)過成形保溫?zé)Y(jié)后得到的塊體陶瓷材料含有一定量的非晶或納米晶結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有陶瓷復(fù)合材料制備過程中燒結(jié)溫度高、燒結(jié)時間長，及產(chǎn)品性能差難以滿足高應(yīng)力、受沖擊、強疲勞等工況條件下應(yīng)用要求問題的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種依據(jù)材料科學(xué)的基本原理，將相變增韌、彌散強化和稀土改性作用相結(jié)合，采用優(yōu)化的粉體處理工藝(再造粒)過程，調(diào)控粉體組織結(jié)構(gòu)創(chuàng)制出具有高強度、高硬度、高彈性模量、高韌性、高耐磨性、高抗蝕性、高熱震性能、高疲勞抗力的具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于此種陶瓷材料的原料按1份混合陶瓷粉體、0.41份去離子水和0.010.015份陶瓷粘結(jié)劑的質(zhì)量份數(shù)比制成，其中混合陶瓷粉體由一種主相陶瓷粉體和一種添加劑相陶瓷粉體混合制成，混合陶瓷粉體中主相陶瓷粉體質(zhì)量百分含量占60%、9.W和添加劑相陶瓷粉體質(zhì)量百分含量占O.1%40%，此種陶瓷材料的制備過程包括以下三個步驟第一步驟將原料造粒成陶瓷復(fù)合粉體，第二歩驟將陶瓷復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理，第三步驟將熱處理后的陶瓷復(fù)合粉體成形、保溫?zé)Y(jié)制得陶瓷材料。本發(fā)明還有這樣一些技術(shù)特征1、所述的主相陶瓷粉體為至少一種金屬或過渡金屬的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物或碳氮化物，上述金屬包括鋁、鎢、鎂、鐵和鋯，上述過渡金屬包括鉻、鎳、鈦和鈮，上述氧化物包括氧化鋁、氧化鈦、氧化鉻、氧化鋯和氧化鉤，上述氮化物包括氮化鋁、氮化鈦、氮化釩、氮化鈮、氮化硅，上述碳化物包括碳化鈦、碳化鎢、碳化釩、碳化鈮、碳化硅，上述碳氮化物包括碳氮化鋁、碳氮化鈦、碳氮化釩、碳氮化鈮、碳氮化硅，主相陶瓷粉體或為加入釔進(jìn)行穩(wěn)定的氧化鋯、或為加入鈰進(jìn)行穩(wěn)定的氧化鋯、或為加入釔和鈰進(jìn)行穩(wěn)定的氧化鋯；2、所述的添加劑相陶瓷為一種稀土化合物，包括稀土氧化物、稀上碳化物、稀土氮化物、稀土硅化物，所述的添加劑相陶瓷或為一種稀土混合物，上述的稀土元素包括鑭、鈰、釔、鐠、銣、鉿、錸、鉭、鈧、鉺、釹、镥、釤、釓、鏑、鈥、銩或鐿，上述稀土化合物或稀土混合物包括Ce(OH)3、Nd(OH)3、Eu(OH)3、Gd(OH)3、Tb(OH)3、Dy(OH)3、Ho(OH)3、Er(OH)3、Tm(OH)3、Yb(OH)3、Lu(OH)3、La203、Nb203、Eu203、Gd203、Tb203、Er203、Yb203、Ce02、Y203、YC3、CeCl3、PrCl3、NdCl3、SmCl3、EnCl3、GdCl3、TbCl3、DyCl3、ErCl3、TmCl3、YbCl3、LuCl3或LaCl3、NdSi2、CeSi2、PrSi2、SmSi2、EuSi2、GdSi2、TbSi2、DySi2、HoSi2、ErSi2、TmSi2、YbSi2、LuSi2、YSi2、CeC2、PrC2、NdC2、SmC2、EuC2、GdC2、TbC2、DyC2、HoC2、ErC2、TmC2、YbC2、LuC2、Y3N、CeN、PrN、NdN、SmN、EuN、GdN、翻或RE2。3;3、所述的第二歩驟將陶瓷復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理是指用普通的空氣爐或真空爐或氣氛保護(hù)爐對粉體進(jìn)行熱處理；4、所述的第二歩驟將陶瓷復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理是指用亞音速噴槍或超音速噴槍或等離子噴槍迸行處理；5、所述的第二步驟將陶瓷復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理是指用普通的空氣爐或真空爐或氣氛保護(hù)爐對粉體進(jìn)行熱處理，然后用亞音速噴槍或超音速噴槍或等離子噴槍進(jìn)行處理；6、所述的第三步驟中用于保溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)設(shè)備可以是普通的空氣爐即無壓燒結(jié)爐、熱壓燒結(jié)爐、熱等靜壓燒結(jié)爐、放電等離子燒結(jié)爐、微波燒結(jié)爐；7、所述的陶瓷復(fù)合粉體中，至少有一種獨立組分的晶粒尺寸是等于或小于100納米的納米結(jié)構(gòu)，或是微米尺度或亞微米尺度的，即大于100納米的微米結(jié)構(gòu)或亞微米結(jié)構(gòu)；8、所述的經(jīng)過第二步驟復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理之后獲得的陶瓷復(fù)合粉體具有納米/亞微米尺度的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過第三步驟對所得陶瓷復(fù)合粉體成形、保溫?zé)Y(jié)后得到的陶瓷材料或陶瓷材料制品含有一定量的非晶或納米品結(jié)構(gòu)；9、所述的第一步驟和第二步驟可以通過至少以下三種方式進(jìn)行(1)混合-噴霧干燥-致密化法制備陶瓷復(fù)合粉體材料的技術(shù)，其工藝流程為將原料球磨混粉后制成漿料，通過噴霧干燥變成陶瓷復(fù)合粉體，然后進(jìn)行初級粉體熱處理，再次球磨得到漿料，再進(jìn)行噴霧干燥形成陶瓷復(fù)合粉體，進(jìn)行二次粉體熱處理得到致密復(fù)合粉體；(2)混合-成型-破碎法制備陶瓷復(fù)合粉體材料的技術(shù)，其工藝流程為將原料球磨混粉后制成漿料，進(jìn)行烘千，然后破碎形成陶瓷復(fù)合粉體，將陶瓷復(fù)合粉體壓坯進(jìn)行粉體坯塊熱處理，進(jìn)行二次破碎得到致密復(fù)合粉體；(3)簡易的混合-噴霧干燥-致密化法制備陶瓷復(fù)合粉體材料的技術(shù)，其工藝流程為將原料球磨混粉制成漿料，通過噴霧干燥形成陶瓷復(fù)合粉體，然后進(jìn)行粉體熱處理得到致密復(fù)合粉體。本發(fā)明的陶瓷復(fù)合粉體的組成可以有各種形式，例如多組分陶瓷復(fù)合粉體材料可以由其中至少一種組分是粒度少于或等于100納米的材料構(gòu)成，也可以由所有組分都是粒度等于或小于100納米的材料構(gòu)成。本發(fā)明在制備工藝過程中通過增加添加劑相陶瓷和熱處理調(diào)控粉體組織結(jié)構(gòu)顯著提高了陶瓷材料的力學(xué)性能。如本發(fā)明經(jīng)過等離子處理粉體制備的陶瓷材料的斷裂韌性高達(dá)5.466.38(5.92±0.46)MPam1/2、彎曲強度髙達(dá)644.1±30.5MPa、維氏硬度高達(dá)21.9士0.9GPa。本發(fā)明所制備出的陶瓷材料耐磨損、抗腐蝕、耐高溫、抗沖擊、高溫?zé)崦?、防微生物附著，可以?yīng)用于航空航天器零部件、潛艇和艦船零部件、汽車和火車零部件、坦克裝甲零部件、發(fā)動機零部件、內(nèi)燃機和汽輪機零部件、汽缸體、密封件等需要耐磨、抗蝕、隔熱的諸多零部件，如發(fā)動機、活塞環(huán)、汽缸體、耐磨襯板、抗彈防護(hù)裝甲、高溫隔熱瓦、絕緣子、陶瓷軸承、陶瓷刀具、陶瓷磨球等。(四)圖l是具體實施方式十七中熱處理后所得納米復(fù)合粉體的截面組織照片；圖2是圖1照片局部的高倍率放大照片；圖3是具體實施方式十七中等離子處理后所得納米復(fù)合粉體的截面組織照片；圖4是圖3照片局部的高倍率放大照片。(五)具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述實施例1:本實施例按以下步驟實現(xiàn)一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合陶瓷粉體、0.41份去離子水和0.010.015份粘結(jié)劑制成，其中混合粉體按質(zhì)量百分比由60%99.9%的主相陶瓷(50%99%的納米氧化鋁和1%50%的納米氧化鈦組成)和O.1%40%的添加劑相陶瓷組成，粘結(jié)劑為聚乙烯醇；二、利用球磨機將以上混合陶瓷粉體、去離子水和粘結(jié)劑均勻混合，得漿料；三、漿料進(jìn)行噴霧干燥再造粒，得納米復(fù)合粉體，噴霧干燥機工作時進(jìn)口溫度為210240°C，噴霧干燥機出口溫度為100120°C，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速2000036000r/min;四、將再造粒納米復(fù)合粉體裝入氧化鋁坩堝，升溫至11001300°C，熱處理5070min后隨爐冷卻至室溫；五、將混合粉體進(jìn)一步用等離子噴槍進(jìn)行等離子處理，得到所需的再造粒納米結(jié)構(gòu)復(fù)合粉體；六、將所得納米復(fù)合粉體裝入石墨模具，置于放電等離子燒結(jié)爐中，以10060(TC/min的升溫速率升溫至10001500°C，并在1070MPa的壓力下保溫320min后隨爐冷卻至室溫，得陶瓷材料。實施例2:本實施方式基本實施步驟與實施例1相同，與實施例1不同的是陶瓷材料按質(zhì)量份數(shù)比由1份混合粉體、0.7份去離子水和0.012份粘結(jié)劑制成。其它與實施例1相同。實施例3:本實施方式基本實施步驟與實施例1相同，與實施例1不同的是混合粉體按質(zhì)量百分比由60%97%的納米氧化鋁和3%40%的納米氧化鈦組成。其它與實施例1相同。實施例4:本實施方式基本實施歩驟與實施例1相同，與實施例1不同的是混合粉體按質(zhì)量百分比由70%95%的納米氧化鋁和5%30%的納米氧化鈦組成。其它與實施例1相同。.實施例5:本實施方式基本實施步驟與實施例1相同，與實施例1不同的是混合粉體按質(zhì)量百分比由75%90%的納米氧化鋁和10%25%的納米氧化鈦組成。其它與實施例1相同。實施例6:本實施方式基本實施步驟與實施例1相同，與實施例1不同的是混合粉體按質(zhì)量百分比由87%的納米氧化鋁和13%的納米氧化鈦組成。其它與實施例1相同。實施例7:本實施方式基本實施步驟與實施例1相同，與實施例1不同的是混合粉體按質(zhì)量百分比由75%~97%的氧化鋁、2%~12%的氧化鈦主相和1%13%的氧化鋯與氧化鈰添加劑相組成。其它與實施例1相同。實施例8:本實施方式基本實施歩驟與實施例7相同，與實施例7不同的是步驟一中按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合粉體、0.7份去離子水和0.012份粘結(jié)劑，然后以1100r/min轉(zhuǎn)速球磨混合6h。其它步驟及參數(shù)與實施例7相同。實施例9:本實施方式基本實施步驟與實施例7相同，與實施例7不同的是步驟一中球磨混合中球料質(zhì)量比為35:1，磨球為直徑312mm的氧化鋁磨球。其它步驟及參數(shù)與實施例7相同。實施例10:本實施方式基本實施歩驟與實施例7相同，與實施例7不同的是步驟三中噴霧干燥機工作時進(jìn)口溫度為22(TC，噴霧干燥機出口溫度為ll(TC，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速33000r/min。其它步驟及參數(shù)與實施例7相同。實施例11:本實施方式基本實施步驟與實施例7相同，與實施例7不同的是步驟四屮熱處理后所得粉體的粒徑為1090ym。其它步驟及參數(shù)與實施例7相同。實施例12:本實施方式基本實施步驟與實施例7相同，與實施例7不同的是步驟五中等離子處理后所得粉體的粒徑為580iim。其它歩驟及參數(shù)與實施例7相同。實施例13:本實施方式基本實施步驟與實施例7相同，與實施例7不同的是歩驟四中以10'C/min的升溫速率升溫至600°C，并保溫?zé)崽幚?0rain，再升溫至120(TC，熱處理60min。其它步驟及參數(shù)與實施例7相同。實施例14:本實施方式基本實施步驟與實施例7相同，與實施例7不同的是步驟六中置于放電等離子燒結(jié)爐中，以120400。C/min的升溫速率升溫至10501400°C，并在2040MPa的壓力下保溫415min。其它步驟及參數(shù)與實施例7相同。實施例15:本實施方式基本實施步驟與實施例7相同，與實施例7不同的是步驟六中置于放電等離子燒結(jié)爐中，以150。CZmin的升溫速率升溫至IIOO'C，并在30膨a的壓力下保溫10min。其它步驟及參數(shù)與實施例7相同。實施例16:本實施方式基本實施步驟與實施例7相同，與實施例7不同的是步驟六中置于放電等離子燒結(jié)爐中，以150°C/min的升溫速率升溫至115(TC，并在30MPa的壓力下保溫10min。其它步驟及參數(shù)與實施例7相同。實施例17:結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4對本實施例進(jìn)行說明本實施例按以下步驟實現(xiàn)9一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合陶瓷粉體、0.8份去離子水和0.012份陶瓷粘結(jié)劑，稱取混合陶瓷粉體中主相陶瓷粉體納米氧化鋁8.7kg和納米氧化鈦1.3kg共計10kg，稱取添加劑相陶瓷粉體納米氧化鈰0.6kg和納米氧化鋯0.8kg共計1.4kg，以上11.4kg混合陶瓷粉體組成記為混合粉體1;為了對比，制備成分為混合陶瓷粉體1的主相陶瓷粉體的混合陶瓷粉體，即8.7kg的納米氧化鋁和1.3kg的納米氧化鈦組成，此10kg的混合陶瓷粉體組成記為混合粉體2，另制備成分與混合粉體1一致的混合粉體3;粘結(jié)劑為聚乙烯醇。二、利用球磨機將以上混合粉體、去離子水和粘結(jié)劑均勻混合，得漿料。三、漿料進(jìn)行噴霧干燥再造粒，得納米復(fù)合粉體，噴霧干燥機工作時進(jìn)U溫度為23(TC，噴霧干燥機出口溫度為IIO'C，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速22000r/min。四、將再造粒納米復(fù)合粉體裝入氧化鋁坩堝，升溫至120(TC，熱處理60min后隨爐冷卻至室溫，此時得到的粉體截面照片示于圖1和圖2。圖1可以看出經(jīng)過本實施方式步驟四所得再造粒復(fù)合粉體為球形，由圖2給出的高放大倍率照片可以看出這種再造粒復(fù)合粉體由大量細(xì)小的顆粒組成。五、將混合粉體1和混合粉體2分別進(jìn)一步用等離子噴槍進(jìn)行等離子處理，得到所需的再造粒納米結(jié)構(gòu)粉體，粉體截面照片示于圖3和圖4。由圖3和圖4Bj以看出通過本實施方式步驟五所得等離子處理后的復(fù)合粉體的球形度較高，且呈現(xiàn)出三維網(wǎng)絡(luò)狀的顯微組織結(jié)構(gòu)特點，混合粉體3不做此步驟處理。六、將混合粉體1和混合粉體2經(jīng)等離子處理的納米復(fù)合粉體和混合粉體3未經(jīng)等離子處理的納米復(fù)合粉體裝入石墨模具，置于放電等離子燒結(jié)爐中，以15(TC/min的升溫速率升溫至IIOO'C，并在30MPa的壓力下保溫10min后隨爐冷卻至室溫，得陶瓷材料。本實施方式由混合粉體1所制得的陶瓷材料記為NP，而由混合粉體2所制得的陶瓷材料記為NN，由混合粉體3所制得的陶瓷材料記為NS，經(jīng)測試產(chǎn)品的性能見表l(其中REF為參考文獻(xiàn)中所得同類材料的最高性能數(shù)據(jù))。由表1中可以看出本實施方式所得的陶瓷材料的力學(xué)性能優(yōu)異，尤其是由等離子處理后的復(fù)合粉體所制備出的陶瓷材料的力學(xué)性能有更加明顯的提卨'。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例18:分別稱量商用納米氧化鋁(A1203)粉體9.7kg(平均粒度約為25納米)、納米氧化鈦(Ti02)粉體0.3kg(平均粒度約為50納米)、納米氧化鈰(Ce02)粉體0.3kg和納米氧化鋯(Zr02)粉體0.3kg。利用球磨機將以上幾種粉體均勻混合，混合過程中加入粘結(jié)劑(PVA)和去離子水。然后將漿料盛入不銹鋼盤放入烘干箱中低溫烘干，烘干溫度為8(TC。隨后，再經(jīng)1100'C的高溫?zé)Y(jié)處理。然后再加入去離子水和粘合劑球磨制漿。然后噴霧干燥得到納米氧化鋁/氧化鈦/氧化鈰/氧化鋯粉末混合物的團(tuán)聚體。所用噴霧干燥設(shè)備為常州市強力干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LPG-10型高速離心噴霧干燥機。實驗時噴霧干燥設(shè)備霧化盤的轉(zhuǎn)速為22000r/min;噴霧塔的進(jìn)口溫度為23CTC;噴霧塔出口溫度為ll(TC。最后用等離子噴槍進(jìn)行等離子處理，得到所需的再造粒納米結(jié)構(gòu)粉體。粉體的流動性為56.9g/min，振實密度大約是2.35g/cm3。實施例19:將8.7公斤納米氧化鋁粉(平均粒度約為25納米)、1.3公斤納米氧化鈦粉(平均粒度約50納米)、0.8公斤納米8YSZ(8wt。/。氧化釔)粉和0.6公斤納米氧化鈰粉，通過濕法球磨混粉后得到在去離子水中由納米氧化鋁/氧化鈦粉末混合物均勻彌散分布形成的粘稠漿料(在形成漿料過程中一般加入粘結(jié)劑，在此情況下加入了PVA作為粘合劑)。然后將漿料盛入不銹鋼盤放入烘干箱中低溫烘干，烘干溫度為8(TC。隨后，再經(jīng)120(TC的高溫?zé)Y(jié)處理。下一個工序是加入去離子水和粘合劑球磨制漿。然后噴霧干燥得到納米氧化鋁/氧化鈦粉末混合物的團(tuán)聚體。所用噴霧干燥設(shè)備為常州市強力干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LPG-10型高速離心噴霧干燥機。實驗參數(shù)為霧化盤的轉(zhuǎn)速21000r/min;噴霧塔的進(jìn)口溫度24CTC;噴霧塔出口溫度ll(TC。最后用等離子噴槍進(jìn)行等離子處理，得到所需的再造粒納米結(jié)構(gòu)粉體喂料。粉末喂料的流動性為58g/min，振實密度大約是2.5g/cm3。實施例20:本實施方式制備陶瓷材料的方法按以下步驟實現(xiàn)一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合粉體、0.41份去離子水和0.010.015份粘結(jié)劑制成，其中混合粉體按質(zhì)量百分比由76%~96%氧化鋯、2%9%的氧化釔主相和2%~15%的碳化硅與氧化鈰或氮化硅與氧化鈰添加劑相組成；粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚氧乙烯或羥乙基纖維素；二、利用球磨機將以上混合粉體、去離子水和粘結(jié)劑均勻混合，得漿料；三、漿料進(jìn)行噴霧干燥再造粒，得納米復(fù)合粉體，噴霧干燥機工作時進(jìn)口溫度為21024(TC，噴霧干燥機出口溫度為100120°C，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速2000036000r/min;四、將再造粒納米復(fù)合粉體裝入氧化鋁坩堝，升溫至11501300°C，熱處理5070min后隨爐冷卻至室溫；五、將混合粉體進(jìn)一步用等離子噴槍進(jìn)行等離子處理，得到所需的再造粒納米結(jié)構(gòu)復(fù)合粉體；六、將所得納米復(fù)合粉體裝入石墨模具，置于放電等離子燒結(jié)爐中，以10060(TC/min的升溫速率升溫至10501500°C，并在1070MPa的壓力下保溫320min后隨爐冷卻至室溫，得陶瓷材料。實施例21:本實施方式制備陶瓷材料的方法按以下步驟實現(xiàn)一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合粉體、0.8份去離子水和0.012份粘結(jié)劑，其中混合粉體按質(zhì)量百分比由10kg的主相陶瓷(9.2kg的納米氧化鋯和0.8kg的納米氧化釔)和0.6kg的添加劑相陶瓷(0.6kg的納米氧化鈰或納米氧化鑭)組成；粘結(jié)劑為聚乙烯醇。二、利用球磨機將以上混合粉體、去離子水和粘結(jié)劑均勻混合，得漿料。三、漿料進(jìn)行噴霧干燥再造粒，得納米復(fù)合粉體，噴霧干燥機工作時進(jìn)口溫度為23(TC，噴霧干燥機出口溫度為IIO'C，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速22000r/min。四、將再造粒納米復(fù)合粉體裝入氧化鋁坩堝，升溫至120(TC，熱處理60min后隨爐冷卻至室溫；五、將混合粉體進(jìn)一步用等離子噴槍進(jìn)行等離子處理，得到所需的再造粒納米結(jié)構(gòu)粉體。六、將所得納米復(fù)合粉體裝入石墨模具，置于放電等離子燒結(jié)爐中，以15(TC/min的升溫速率升溫至U5(TC，并在30MPa的壓力下保溫10min后隨爐冷卻至室溫，即得陶瓷材料。實施例22:本實施方式制備陶瓷材料的方法按以下步驟實現(xiàn)-一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合粉體、0.8份去離子水和0.012份粘結(jié)劑，其中混合粉體按質(zhì)量百分比由10kg的主相陶瓷(9.3kg的納米氧化鋯和0.7kg的納米氧化釔)和0.5kg的添加劑相陶瓷(0.5kg的納米碳化硅)組成；粘結(jié)劑為聚乙烯醇。二、利用球磨機將以上混合粉體、去離子水和粘結(jié)劑均勻混合，得漿料。三、漿料進(jìn)行噴霧干燥再造粒，得納米復(fù)合粉體，噴霧干燥機工作時進(jìn)口溫度為23(TC，噴霧干燥機出口溫度為ll(TC，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速22000r/min。四、將再造粒納米復(fù)合粉體裝入氧化鋁坩堝，升溫至125(TC，熱處理60niin后隨爐冷卻至室溫；五、將混合粉體進(jìn)一歩用等離子噴槍進(jìn)行等離子處理，得到所需的再造粒納米結(jié)構(gòu)粉體。六、將所得納米復(fù)合粉體裝入石墨模具，置于放電等離子燒結(jié)爐中，以15(TC/min的升溫速率升溫至1200°C，并在30MPa的壓力下保溫10min后隨爐冷卻至室溫，即得陶瓷材料。實施例23:本實施方式制備陶瓷材料的方法按以下步驟實現(xiàn)-一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合粉體、0.8份去離子水和0.012份粘結(jié)劑，其中混合粉體按質(zhì)量百分比由75%~97%氧化鋯、2%~10%的氧化釔主相和1%~15%的碳化硅與氧化鑭添加劑相組成；粘結(jié)劑為聚乙烯醇。二、利用球磨機將以上混合粉體、去離子水和粘結(jié)劑均勻混合，得漿料。三、漿料進(jìn)行噴霧干燥造粒，得納米復(fù)合粉體，噴霧干燥機工作時進(jìn)口溫度為23(TC，噴霧干燥機出口溫度為IIO'C，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速22000r/min。四、將造粒納米復(fù)合粉體裝入氧化鋁坩堝，升溫至110CTC，熱處理60min后隨爐冷卻至室溫。五、利用球磨機將以上納米復(fù)合粉體與去離子水和粘結(jié)劑再次均勻混合得漿料。六、漿料進(jìn)行噴霧十燥再造粒，得納米復(fù)合粉體，噴霧千燥機工作時進(jìn)口溫度為23(TC，噴霧干燥機出口溫度為IIO'C，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速22000r/niin。七、將冉造粒納米復(fù)合粉體裝入氧化鋁坩堝，升溫至125(TC，熱處理60min后隨爐冷卻至室溫。八、將所得納米復(fù)合粉體裝入石墨模具，置于放電等離子燒結(jié)爐中，以150'C/min的升溫速率升溫至1200°C，并在30MPa的壓力下保溫10min后隨爐冷卻至室溫，即得陶瓷材料。實施例24:本實施方式制備陶瓷材料的方法按以下步驟實現(xiàn)一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合粉體、0.8份去離子水和0.012份粘結(jié)劑，其中混合粉體按質(zhì)量百分比由8.7公斤微米級氧化鋁粉(平均粒度約為0.5-2微米)、1.3公斤納米氧化鈦粉(平均粒度約50納米)、0.6公斤納米8YSZ(8wt呢氧化釔)粉和0.6公斤納米氧化鈰粉，組成；粘結(jié)劑為聚乙烯醇。二、利用球磨機將以上混合粉體、去離子水和粘結(jié)劑均勻混合，得漿料。三、漿料進(jìn)行噴霧干燥再造粒，得納米復(fù)合粉體，噴霧干燥機工作時進(jìn)口溫度為23(TC，噴霧十燥機出口溫度為IIO'C，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速22000r/min。四、將再造粒納米復(fù)合粉體裝入氧化鋁坩堝，升溫至125(TC，熱處理60min后隨爐冷卻13至室溫；五、將混合粉體進(jìn)一步用等離子噴槍進(jìn)行等離子處理，得到所需的再造粒納米結(jié)構(gòu)粉體。六、將所得納米復(fù)合粉體裝入石墨模具，置于放電等離子燒結(jié)爐中，以15(TC/min的升溫速率升溫至1200°C，并在30MPa的壓力下保溫10min后隨爐冷卻至室溫，即得陶瓷材料。實施例25:本實施方式制備陶瓷材料的方法按以下步驟實現(xiàn)一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合粉體、0.8份去離子水和0.012份粘結(jié)劑，其中混合粉體按質(zhì)量百分比由8.7公斤微米級氧化鋁粉(平均粒度約為25納米)、1.3公斤納米氧化鈦粉(平均粒度約50納米)、0.8公斤納米8YSZ(8wtM氧化釔)粉和0.6公斤納米氧化鈰粉，組成；粘結(jié)劑為聚乙烯醇。二、利用球磨機將以上混合粉體、.去離子水和粘結(jié)劑均勻混合，得漿料。三、對漿料進(jìn)行烘干，然后破碎成納米陶瓷復(fù)合粉體。四、將納米復(fù)合粉體壓坯進(jìn)行粉體坯塊熱處理，熱處理是將粉體壞塊裝入氧化鋁坩堝，升溫至125(TC，熱處理60min后隨爐冷卻至室溫。五、將熱處理后的粉體坯塊進(jìn)行二次破碎得到致密納米復(fù)合粉體。六、將所得致密納米復(fù)合粉體裝入石墨模具，置于放電等離子燒結(jié)爐中，以15(TC/min的升溫速率升溫至1200°C，并在30MPa的壓力下保溫10min后隨爐冷卻至室溫，即得陶瓷材料。實施例26:本實施方式制備陶瓷材料的方法按以下步驟實現(xiàn)一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取1份混合粉體、0.41份去離子水和0.010.015份粘結(jié)劑制成，其中混合粉體按質(zhì)量百分比由76%~96%氧化鋯、2%~9%的納米氧化釔(平均粒度約為30納米)主相和2%~15%的碳化硅與納米氧化鈰(平均粒度約為25納米)或氮化硅與納米氧化鈰(平均粒度約為25納米)添加劑相組成；粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、或羥乙基纖維素；二、利用球磨機將以上混合粉體、去離子水和粘結(jié)劑均勻混合，得漿料；三、漿料進(jìn)行噴霧干燥再造粒，得納米復(fù)合粉體，噴霧干燥機工作時進(jìn)口溫度為210235°C，噴霧干燥機出口溫度為100120°C，噴霧干燥機噴嘴轉(zhuǎn)速2000036000r/min;四、將再造粒納米復(fù)合粉體裝入氧化鋁坩堝，升溫至11501300°C，熱處理5070min后隨爐冷卻至室溫；14五、將混合粉體進(jìn)一歩用等離子噴槍進(jìn)行等離子處理，得到所需的再造粒納米結(jié)構(gòu)復(fù)合粉體；六、將所得納米復(fù)合粉體裝入石墨模具，置于放電等離子燒結(jié)爐中，以10060(TC/min的升溫速率升溫至10501500°C，并在1070MPa的壓力下保溫320rnin后隨爐冷卻至室溫，得陶瓷材料。以上所有文字表述和實施方式已經(jīng)說明了有關(guān)本發(fā)明的基本組成體系(包括設(shè)備和試驗條件)，但只要不偏離本發(fā)明的基本精神與范圍，各種改進(jìn)及替代均可包含在本發(fā)明之內(nèi)。以上簡述，只是對本發(fā)明的主要敘述而巳，因此應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明申請范圍不受以上描述和示意的內(nèi)涵所局限。權(quán)利要求1、一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于此種陶瓷材料的原料按1份混合陶瓷粉體、0.4～1份去離子水和0.01～0.015份陶瓷粘結(jié)劑的質(zhì)量份數(shù)比制成，其中混合陶瓷粉體由一種主相陶瓷粉體和一種添加劑相陶瓷粉體混合制成，混合陶瓷粉體中主相陶瓷粉體質(zhì)量百分含量占60％~99.9％和添加劑相陶瓷粉體質(zhì)量百分含量占0.1％~40％，此種陶瓷材料的制備過程包括以下三個步驟第一步驟將原料造粒成陶瓷復(fù)合粉體，第二步驟將陶瓷復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理，第三步驟將熱處理后的陶瓷復(fù)合粉體成形、保溫?zé)Y(jié)制成陶瓷材料或陶瓷材料制品。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于所述的主相陶瓷粉體為至少一種金屬或過渡金屬的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物或碳氮化物，上述金屬包括鋁、鎢、鎂、鐵和鋯，上述過渡金屬包括鉻、鎳、鈦和鈮，上述氧化物包括氧化鋁、氧化鈦、氧化鉻、氧化鋯和氧化鎢，上述氮化物包括氮化鋁、氮化鈦、氮化釩、氮化鈮、氮化硅，上述碳化物包括碳化鈦、碳化鎢、碳化釩、碳化鈮、碳化硅，上述碳氮化物包括碳氮化鋁、碳氮化鈦、碳氮化釩、碳氮化鈮、碳氮化硅，主相陶瓷粉體或為加入釔進(jìn)行穩(wěn)定的氧化鋯、或為加入鈰進(jìn)行穩(wěn)定的氧化鋯、或為加入釔和鈰進(jìn)行穩(wěn)定的氧化鋯。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于所述的添加劑相陶瓷為一種稀土化合物，包括稀土氧化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土硅化物，所述的添加劑相陶瓷或為一種稀土混合物，上述的稀土元素包括鑭、鈰、釔、鐠、銣、鉿、錸、鉭、鈧、鉺、釹、镥、釤、釓、鏑、鈥、銩或鐿，上述稀土化合物或稀土混合物包括Ce(OH)3、Nd(OH)3、Eu(OH)3、Gd(OH)3、Tb(OH)3、Dy(OH)3、Ho(OH)3、Er(OH)3、Tm(OH)3、Yb(OH)3、Lu(OH)3、La203、Nb203、Eu203、Gd203、Tb203、Er203、Yb203、Ce02、Y203、YC13、CeCl3、PrCl3、NdCl3、SmCl3、EnCl3、GdCl3、TbCl3、DyCl3、ErCl3、TmCl3、YbCl3、LuCl3或LaCl3、NdSi2、CeSi2、PrSi2、SmSi2、EuSi2、GdSi2、TbSi2、DySi2、HoSi2、ErSi2、TmSi2、YbSi2、LuSi2、YSi2、CeC2、PrC2、NdC2、SmC2、EuC2、GdC2、TbC2、DyC2、HoC2、ErC2、TmC2、YbC2、LuC2、Y3N、CeN、PrN、NdN、SmN、EuN、GdN、TbN或RE2。3。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于所述的第二步驟將陶瓷復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理是指用普通的空氣爐或真空爐或氣氛保護(hù)爐對粉體進(jìn)行熱處理。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于所述的第二步驟將陶瓷復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理是指用亞音速噴槍或超音速噴槍或等離子噴槍進(jìn)行處理。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于所述的第二步驟將陶瓷復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理是指用普通的空氣爐或真空爐或氣氛保護(hù)爐對粉休進(jìn)行熱處理，然后用亞音速噴槍或超音速噴槍或等離子噴槍進(jìn)行處理。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于所述的第三步驟中用于保溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)設(shè)備可以是普通的空氣爐即無壓燒結(jié)爐、熱壓燒結(jié)爐、熱等靜壓燒結(jié)爐、放電等離子燒結(jié)爐、微波燒結(jié)爐。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于所述的陶瓷復(fù)合粉體中，至少有一種獨立組分的晶粒尺寸是等于或小于100納米的納米結(jié)構(gòu)，或是微米尺度或亞微米尺度的，即大于100納米的微米結(jié)構(gòu)或亞微米結(jié)構(gòu)。9、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于所述的經(jīng)過第一步驟復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理之后獲得的陶瓷復(fù)合粉休具有納米/亞微米尺度的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過第三步驟對所得陶瓷復(fù)合粉體成形、保溫?zé)Y(jié)后得到的陶瓷材料或陶瓷材料制品含有一定量的非晶或納米晶結(jié)構(gòu)。10、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，其特征在于所述的第一步驟和第二歩驟可以通過至少以下三種方式進(jìn)行(1)混合-噴霧干燥-致密化法制備陶瓷復(fù)合粉體材料的技術(shù)，其工藝流程為將原料球磨混粉后制成漿料，通過噴霧干燥變成陶瓷復(fù)合粉體，然后進(jìn)行初級粉體熱處理，再次球磨得到漿料，再進(jìn)行噴霧干燥形成陶瓷復(fù)合粉體，進(jìn)行二次粉體熱處理得到致密復(fù)合粉體；(2)混合-成型-破碎法制備陶瓷復(fù)合粉體材料的技術(shù)，其工藝流程為將原料球磨混粉后制成漿料，進(jìn)行烘干，然后破碎形成陶瓷復(fù)合粉體，將陶瓷復(fù)合粉體壓坯進(jìn)行粉體坯塊熱處理，進(jìn)行二次破碎得到致密復(fù)合粉體；(3)簡易的混合-噴霧干燥-致密化法制備陶瓷復(fù)合粉體材料的技術(shù)，其工藝流程為將原料球磨混粉制成漿料，通過噴霧干燥形成陶瓷復(fù)合粉體，然后進(jìn)行粉體熱處理得到致密復(fù)合粉體。'全文摘要本發(fā)明的目的是公開一種具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制備方法，它解決了現(xiàn)有陶瓷復(fù)合材料制備過程中燒結(jié)溫度高、燒結(jié)時間長及產(chǎn)品性能差的問題。本發(fā)明的陶瓷材料由一種主相陶瓷粉體和一種添加劑相陶瓷粉體經(jīng)由粉末冶金工藝制成。方法一、將原料陶瓷粉體造粒成陶瓷復(fù)合粉體；二、陶瓷復(fù)合粉體進(jìn)行熱處理；三、熱處理后所得復(fù)合粉體成形、保溫?zé)Y(jié)后即得塊體陶瓷材料。本發(fā)明降低了陶瓷材料在制備工藝過程中的燒結(jié)溫度，縮短了燒結(jié)時間，尤其是非晶/納米晶結(jié)構(gòu)在陶瓷材料的內(nèi)部出現(xiàn)提高了陶瓷材料的強度、韌性、硬度，增加了陶瓷材料的耐高溫性、耐磨損性、耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性。文檔編號C04B35/626GK101508574SQ200910071630公開日2009年8月19日申請日期2009年3月25日優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日發(fā)明者勇楊,鈾王申請人:鈾王