一種高強度納米陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】一種高強度納米陶瓷材料及其制備方法，涉及材料【技術領域】，由以下質量份數(shù)的各個組分構成：（1）碳化硅，18-32份；（2）碳化鎢，15-25份；（3）納米MnO，4-9份；（4）Nb2O5，3-8份；（5）TaSe2，4-8份；（6）納米氧化鋅，5-8份；（7）納米氧化鋯，5-15份；（8）燒結助劑，6-10份。一種高強度納米陶瓷材料的制備方法是通過高溫固化法進行制備。本發(fā)明高強度納米陶瓷材料及其制備方法提供的納米陶瓷材料具有高強度和高韌性的特點，同時性質更加穩(wěn)定，具有耐高溫和耐磨等性能，可作為刀具或特種性能陶瓷材料。
【專利說明】一種高強度納米陶瓷材料及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料【技術領域】，特別涉及一種具有高強度和優(yōu)良耐高溫、耐磨性能的 納米陶瓷材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 納米陶瓷，是指顯微結構中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料，晶粒尺寸、晶界寬 度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。要制備納米陶瓷，這就需要解決：粉 體尺寸形貌和粒徑分布的控制，團聚體的控制和分散；體形態(tài)、缺陷、粗糙度以及成分的控 制。
[0003] 納米陶瓷材料依據(jù)性能可分為兩大類型：一類是納米結構陶瓷，另一類是納米功 能陶瓷。前者是在傳統(tǒng)陶瓷粉體中通過加入納米顆粒，或是將傳統(tǒng)陶瓷粉體納米化，通過在 燒結凝固時控制凝固或結晶相的大小和分布，從而改變陶瓷顯微結構以提高其力學性能所 制得的納米陶瓷材料，這些力學性能有硬度、強度、塑性和韌性等。后者是通過添加具有獨 特功能的納米相或顆粒，或本身在常規(guī)微米級時未能完全表現(xiàn)出來的通過超細化而具有特 殊功能的納米陶瓷材料，這些特殊功能包括聲學、光學、電學、磁學、生物活性、對環(huán)境的敏 感性等。對于納米功能陶瓷在保證一定功能的基礎上有時需要兼顧一定的力學性能。
[0004] 申請?zhí)枮?00910230613. 3的專利文獻"一種高強度納米陶瓷復合絕熱材料及其 制備方法"，公開了一種高強度納米陶瓷的制備方法，它由下列重量份比的原材料組成：漂 珠120?180份，硅灰10?50份，鈦酸鉀晶須35?60份，硅凝膠或者無機粘合劑或者 娃凝膠與無機粘合劑的混合物500?600份，二氧化鈦5?24份，高嶺土 8?12份，娃 藻土 10?16份，硅酸鋁纖維網格布50?108份。該種納米陶瓷復合絕熱材料抗壓強度 高，導熱系數(shù)小，可耐高溫800°C?1000°C，且有很高的壓縮變形率，材料容重輕，經濟 效益和社會效益好。由此可知，該高強度納米陶瓷材料是納米結構陶瓷，是在傳統(tǒng)的陶瓷材 料中加入納米顆粒，以達到復合材料的高強度等力學性能。但是，實際上該技術方案以硅為 主體，強度適中，并沒有達到一個較高水平。
[0005] 申請?zhí)枮?01310672641. 7的專利文獻"一種納米陶瓷材料及其制備方法"，公 開了一種高強度的納米陶瓷材料按重量百分比包括以下組分：納米Zr026-7份、亞微米 Al20335-38份、納米TiC25-28份、納米BN2. 2-5份以及納米B4C3-5份，余量為納米MgO。
[0006] 由此可知，該納米復合陶瓷材料是采用其納米或亞微米級材料，復合添加納米碳 化鈦（TiC)、納米氮化硼（BN)和納米碳化硼（B4C)得到高強度納米復合陶瓷材料，因此，具 有高硬度和高強度的性能，但是其斷裂性能一般，脆性加大，作為刀具材料，不能長期使用。


【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明解決的技術問題：針對現(xiàn)有技術的不足，克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供 一種高強度納米陶瓷材料及其制備方法。
[0008] 本發(fā)明的技術方案：一種高強度納米陶瓷材料，由以下質量份數(shù)的各個組分構 成：
[0009] ⑴碳化硅，18-32份；
[0010] ⑵碳化鎢，15-25份
[0011] ⑶納米Mn0,4_9 份；
[0012] (4)Nb2O5, 3-8 份；
[0013] (5)TaSe2,4-8 份；
[0014] (6)納米氧化鋅，5-8份；
[0015] (7)納米氧化锫，5-15份；
[0016] (8)燒結助劑，6-10份。
[0017] 作為優(yōu)選，燒結助劑為納米氧化鎂、氧化鈦、二氧化硅或氧化鈣的一種或多種。
[0018] 作為優(yōu)選,燒結助劑為納米氧化鎂和氧化鈦。
[0019] 作為優(yōu)選，納米氧化鎂和氧化鈦的質量之比為1-2:1。
[0020] -種高強度納米陶瓷材料的制備方法，制備步驟如下：
[0021] (1)稱量：準確稱取各個組分；
[0022] (2)混合：將各個組分混合在一起，攪拌均勻之后，加入酒精，攪拌0. 5-lh，后烘 干；
[0023] (3)研磨：將步驟⑵的混合物放入研磨機進行研磨；
[0024] (4)煅燒：將步驟（3)得到的混合物放入模具，進行高溫煅燒；
[0025] (5)冷卻：煅燒結束之后，待冷卻至室溫，取出，即得到高強度納米陶瓷材料。
[0026] 作為優(yōu)選，將步驟（4)中高溫煅燒的溫度為1100°C-1500°C。
[0027] 作為優(yōu)選，將步驟（4)中高溫煅燒的壓力為3_6GPa。
[0028] 作為優(yōu)選，將步驟（4)中高溫煅燒的時間為2_8h。
[0029] 有益效果：本發(fā)明提供的高強度納米陶瓷材料及其制備方法，是一種功能性的納 米陶瓷材料，通過加入納米材料，從結構和性能上達到甚至超越傳統(tǒng)陶瓷，以及在傳統(tǒng)陶瓷 中加入納米材料的納米結構陶瓷。
[0030] 本發(fā)明，為達到較好的強度和韌性，以碳化硅和碳化鎢為主體材料，碳化硅和碳化 鎢本身即具有高硬度和高強度的特點，再在此基礎上，加入多種金屬氧化物，調節(jié)陶瓷材料 的韌性和高溫穩(wěn)定性，因此，本發(fā)明高強度納米陶瓷材料及其制備方法提供的納米陶瓷材 料具有高強度和高韌性的特點，同時性質更加穩(wěn)定，具有耐高溫和耐磨等性能，可作為刀具 或特種性能陶瓷材料。

【具體實施方式】
[0031] 為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是 應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的 限制。
[0032] 實施例1 :
[0033] -種高強度納米陶瓷材料，由以下質量份數(shù)的各個組分構成：（1)碳化硅，18份； ⑵碳化鶴，15份；（3)納米MnO, 4份；（4)Nb2O5, 3份；（5)TaSe2,4份；(6)納米氧化鋅，5份； (7)納米氧化鋯，5份；(8)納米氧化鎂，6份。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備高強度納米陶瓷材料的制備方法，制備步驟如 下：
[0035] (1)稱量：準確稱取各個組分；
[0036] (2)混合：將各個組分混合在一起，攪拌均勻之后，加入酒精，攪拌0. 5h，后烘干；
[0037] (3)研磨：將步驟⑵的混合物放入研磨機進行研磨；
[0038] ⑷煅燒：將步驟⑶得到的混合物放入模具，進行高溫煅燒，溫度為1200°C，壓力 為4GPa，時間為4h;
[0039] (5)冷卻：煅燒結束之后，待冷卻至室溫，取出，即得到高強度納米陶瓷材料。
[0040] 實施例2 :
[0041] 一種高強度納米陶瓷材料，由以下質量份數(shù)的各個組分構成：（1)碳化硅，32份； ⑵碳化鶴，25份；（3)納米MnO, 9份；（4)Nb2O5,8份；（5)TaSe2,8份；(6)納米氧化鋅，8份； (7)納米氧化鋯，15份；(8)氧化鈦，10份。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備高強度納米陶瓷材料的制備方法，制備步驟如 下：
[0043] (1)稱量：準確稱取各個組分；
[0044] (2)混合：將各個組分混合在一起，攪拌均勻之后，加入酒精，攪拌lh，后烘干；
[0045] (3)研磨：將步驟（2)的混合物放入研磨機進行研磨；
[0046] ⑷煅燒：將步驟⑶得到的混合物放入模具，進行高溫煅燒，溫度為1500°C，壓力 為5GPa，時間為3h;
[0047] (5)冷卻：煅燒結束之后，待冷卻至室溫，取出，即得到高強度納米陶瓷材料。
[0048] 實施例3 :
[0049] 一種高強度納米陶瓷材料，由以下質量份數(shù)的各個組分構成：（1)碳化硅，23份； ⑵碳化鶴，20份；（3)納米MnO, 7份；（4)Nb2O5, 5份；（5)TaSe2, 7份；(6)納米氧化鋅，6份； (7)納米氧化锫，11份；(8)納米氧化鎂4份和氧化鈦4份。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備高強度納米陶瓷材料的制備方法，制備步驟如 下：
[0051] (1)稱量：準確稱取各個組分；
[0052] (2)混合：將各個組分混合在一起，攪拌均勻之后，加入酒精，攪拌0. 5h，后烘干；
[0053] (3)研磨：將步驟⑵的混合物放入研磨機進行研磨；
[0054] (4)煅燒：將步驟（3)得到的混合物放入模具，進行高溫煅燒，溫度為1300°C，壓力 為4GPa，時間為5h;
[0055] (5)冷卻：煅燒結束之后，待冷卻至室溫，取出，即得到高強度納米陶瓷材料。
[0056] 實施例4 :
[0057] -種高強度納米陶瓷材料，由以下質量份數(shù)的各個組分構成：（1)碳化硅，27份； ⑵碳化鶴，18份；（3)納米MnO, 5份；（4)Nb2O5, 5份；（5)TaSe2,6份；(6)納米氧化鋅，7份； (7)納米氧化鋯，12份；（8)二氧化硅，7份。
[0058] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備高強度納米陶瓷材料的制備方法，制備步驟如 下：
[0059](1)稱量：準確稱取各個組分；
[0060] (2)混合：將各個組分混合在一起，攪拌均勻之后，加入酒精，攪拌lh，后烘干；
[0061] (3)研磨：將步驟⑵的混合物放入研磨機進行研磨；
[0062] (4)煅燒：將步驟（3)得到的混合物放入模具，進行高溫煅燒，溫度為1400°C，壓力 為5GPa，時間為4h;
[0063] (5)冷卻：煅燒結束之后，待冷卻至室溫，取出，即得到高強度納米陶瓷材料。
[0064] 實施例5 :
[0065] 一種高強度納米陶瓷材料，由以下質量份數(shù)的各個組分構成：（1)碳化硅，26份； ⑵碳化鶴，22份；（3)納米MnO, 8份；（4)Nb2O5,6份；（5)TaSe2, 5份；(6)納米氧化鋅，8份； (7)納米氧化鋯，13份；(8)氧化鈣，8份。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備高強度納米陶瓷材料的制備方法，制備步驟如 下：
[0067] (1)稱量：準確稱取各個組分；
[0068] (2)混合：將各個組分混合在一起，攪拌均勻之后，加入酒精，攪拌0. 5h，后烘干；
[0069] (3)研磨：將步驟⑵的混合物放入研磨機進行研磨；
[0070] (4)煅燒：將步驟（3)得到的混合物放入模具，進行高溫煅燒，溫度為1400°C，壓力 為4GPa，時間為5h;
[0071] (5)冷卻：煅燒結束之后，待冷卻至室溫，取出，即得到高強度納米陶瓷材料。
[0072] 申請?zhí)枮?00910230613. 3的專利文獻"一種高強度納米陶瓷復合絕熱材料及其 制備方法"公開的技術方案制備納米陶瓷材料，為對照組；將上述實施例和對照組進行材料 性能的測試，測定納米陶瓷材料進行硬度、強度和韌性的性能測試，結果如表1所示：
[0073] 表1納米陶瓷材料硬度、強度和韌性性能測定
[0074]

【權利要求】
1. 一種高強度納米陶瓷材料，其特征在于，由以下質量份數(shù)的各個組分構成： (1) 碳化硅，18-32份； (2) 碳化鎢，15-25份 (3) 納米 Mn0,4-9 份； (4) Nb205, 3-8 份； (5) TaSe2,4_8 份； (6) 納米氧化鋅，5-8份； (7) 納米氧化鋯，5-15份； (8) 燒結助劑，6-10份。
2. 根據(jù)權利要求1所述的高強度納米陶瓷材料，其特征在于：燒結助劑為納米氧化鎂、 氧化鈦、二氧化硅或氧化鈣的一種或多種。
3. 根據(jù)權利要求1所述的高強度納米陶瓷材料，其特征在于：燒結助劑為納米氧化鎂 和氧化鈦。
4. 根據(jù)權利要求3所述的高強度納米陶瓷材料，其特征在于：納米氧化鎂和氧化鈦的 質量之比為1-2:1。
5. -種根據(jù)權利要求1-4任一項所述的高強度納米陶瓷材料的制備方法，其特征在 于，制備步驟如下： (1) 稱量：準確稱取各個組分； (2) 混合：將各個組分混合在一起，攪拌均勻之后，加入酒精，攪拌0. 5-lh，后烘干； (3) 研磨：將步驟（2)的混合物放入研磨機進行研磨； (4) 煅燒：將步驟（3)得到的混合物放入模具，進行高溫煅燒； (5) 冷卻：煅燒結束之后，待冷卻至室溫，取出，即得到高強度納米陶瓷材料。
6. 根據(jù)權利要求5所述的高強度納米陶瓷材料的制備方法，其特征在于：將步驟（4)中 高溫煅燒的溫度為ll〇〇°C -1500°C。
7. 根據(jù)權利要求5所述的高強度納米陶瓷材料的制備方法，其特征在于：將步驟（4)中 高溫煅燒的壓力為3-6GPa。
8. 根據(jù)權利要求5所述的高強度納米陶瓷材料的制備方法，其特征在于：將步驟（4)中 高溫煅燒的時間為2-8h。
【文檔編號】C04B35/577GK104326749SQ201410522500
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權日:2014年9月30日
【發(fā)明者】翟紅波, 楊振樞, 韋洪屹 申請人:蘇州博利邁新材料科技有限公司