一種低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度復(fù)合陶瓷體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度復(fù)合陶瓷體的制備方法，包括步驟：（1）小粒子的制備得到粒徑為80-120nm的小粒子；（2）大粒子的制備:得到球形大粒子；（3）將上述所得大粒子與小粒子充分混合，壓成樣片，燒結(jié)。本發(fā)明以大粒子構(gòu)成骨架，以小粒子作為填加劑或活性劑，不但增加了粉體的填充密度，而且由于小粒子可轉(zhuǎn)移到大粒子表面，有利于在較低的燒結(jié)溫度下得到致密的高性能的陶瓷。本發(fā)明有利于增加粉體的堆積密度，提高粉體的燒結(jié)活性，降低燒結(jié)溫度；與添加低熔點(diǎn)氧化物的方法，本發(fā)明不會對制得的陶瓷制品的電導(dǎo)、機(jī)械強(qiáng)度等性能有影響。本發(fā)明可以通過控制大小粒子間的比例來適當(dāng)調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度。
【專利說明】一種低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度復(fù)合陶瓷體的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度陶瓷體的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬氧化物陶瓷材料，特別是多元復(fù)合金屬氧化物材料，具有一系列的功能特性，在高新【技術(shù)領(lǐng)域】中具有極大的潛在應(yīng)用價值。例如，三價Y、Gd、Nd摻雜的CeO2在中溫下具有較好的氧離子導(dǎo)電性能，LahSrxCcvyFeyCVd是優(yōu)良的透氧膜材料，Yba 2Cu307是一種優(yōu)良的高溫超導(dǎo)材料，CoFe2O4是一種高密度記錄材料，SrT13是良好的光電材料。要把這些復(fù)合金屬氧化物材料開發(fā)成應(yīng)用器件，前驅(qū)粉體的優(yōu)良性起著至關(guān)重要的作用。目前的陶瓷制備方法是以某種方法制備的粉體為原料，經(jīng)過壓片或澆鑄等成形工藝，再在一定的溫度下燒結(jié)，從而得到所需的陶瓷制品。但是以一種方法制備的粉體為原料，通常有粒徑分布窄，初裝密度低，不利于低溫?zé)Y(jié)等特點(diǎn)。典型的復(fù)合陶瓷粉體制備方法主要有固相反應(yīng)法，共沉淀法、溶膠凝膠法、燃燒法、均相共沉淀法以及噴霧熱解法。固相反應(yīng)法是制備復(fù)合金屬氧化物陶瓷粉體的最簡單的方法，它是將金屬氧化物質(zhì)按一定的比例充分混合，再在一定的溫度下灼燒而得到的。粒子多為球形，但由于是固體原料間的相互反應(yīng)，通常需要在很高的溫度下才可得到固熔體，因此粒子一般粒徑較大，活性較差，需要在高溫下燒結(jié)才可得到致密的陶瓷。共沉淀法是目前應(yīng)用最廣的一種復(fù)合金屬氧化物陶瓷粉末制備技術(shù)，它是在溶液狀態(tài)下，通過加入沉淀劑，使多種金屬離子同時以鹽的形式沉淀出來(如草酸鹽、氫氧化物等)。由于是在液態(tài)下同時沉淀得到的，制備的粉體活性高，易燒結(jié)。由于是在極性溶液中生成，粉體的粒子可能為球形或棒狀。溶膠凝膠法也是軟化學(xué)制備方法的一種，它是利用金屬醇鹽的水解生成的?！睹绹沾蓵尽?Huang, J.Am.Ceram.Soc.81 [2]357，1998)報(bào)道用這種方法可以得到納米級的，且粒徑分布很窄的球形粒子。但是這種方法相對來說價格比較昂貴。燃燒法是近年來使用的比較廣泛的一種適于制備多種金屬氧化物的復(fù)合氧化物陶瓷的方法，它是將硝酸鹽溶液與一定比例的甘氨酸或檸檬酸等相混合，加熱形成凝膠，繼爾發(fā)生自燃，同時釋放出大量的熱和氣體?！睹绹沾蓵尽?Xia，J.Am.Ceram.Soc.，84[8]，2001)報(bào)道這種方法得到的粉體形貌極不規(guī)則，且非常蓬松，松裝密度非常低，但球磨后可得形狀規(guī)則的小粒子。相共沉淀法是利用尿素等到在一定溫度下分解生成氨水的特性，使金屬離子同時沉淀得到，這種方法得到的粉體的粉徑分布也很窄，但是燒結(jié)活性并不很好，這可能與粒徑分布窄影響粒子間的接觸有關(guān)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度陶瓷體的制備方法。本發(fā)明克服了添加低熔點(diǎn)的氧化物會降低陶瓷電導(dǎo)等性能的缺點(diǎn)，在保證不影響各種性能的條件下降低了燒結(jié)溫度。
[0004]本發(fā)明的一種低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度復(fù)合陶瓷體的制備方法，包括下述步驟:
(I)小粒子的制備:按摩爾比Ce(NO3)3: Y (NO3)3 =3-6:1稱取相應(yīng)的硝酸鹽，溶于蒸餾水形成總離子濃度為0.1-0.3M的溶液，在溶液中加入總離子摩爾數(shù)1-2倍的甘氨酸，加熱自燃后，將得到的軟團(tuán)聚體充分球磨后，得到粒徑為80-120nm的小粒子；
(2)大粒子的制備:將氧化釤與氧化鈰粉體按摩爾比1:6-8的比例混合，充分球磨后，于800-900°C下灼燒，得到球形大粒子；
(3)將上述所得大粒子與小粒子充分混合，并在220Mpa下壓成樣片，然后再于1200-1300°C下燒結(jié)即可。
[0005]優(yōu)選的，步驟(I)所述Ce (NO3) 3與Y (NO3) 3的摩爾比為4:1為佳。
[0006]優(yōu)選步驟(2)中所述球形大粒子粒徑為小粒子粒徑的5-10倍，更優(yōu)選為6-8倍。
[0007]優(yōu)選的，步驟(3)所述小粒子的加入量為大、小粒子總質(zhì)量的15-30%為佳，更優(yōu)選為 20%ο
[0008]本發(fā)明中小粒子可以選擇尺寸相差5-10倍的不同方法制備的小粒子作為填加劑，其中尺寸更小的小粒子添加量約為另一種的20-30%，進(jìn)一步形成填充梯度，降低燒結(jié)溫度。
[0009]本發(fā)明以大粒子構(gòu)成骨架，以小粒子作為填加劑、活性劑，不但大大增加了粉體的填充密度，而且由于小粒子可轉(zhuǎn)移到大粒子表面，有利于在較低的燒結(jié)溫度下得到致密的高性能的陶瓷。與單一粉體的燒結(jié)性能相比，本發(fā)明有利于增加粉體的堆積密度，提高粉體的燒結(jié)活性，降低燒結(jié)溫度；與添加低熔點(diǎn)氧化物的方法，本發(fā)明不會對制得的陶瓷制品的電導(dǎo)、機(jī)械強(qiáng)度等性能有影響。本發(fā)明可以通過控制大小粒子間的比例來適當(dāng)調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度。
[0010]

【具體實(shí)施方式】
[0011]下述實(shí)施例是對于本
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步說明以作為對本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實(shí)施例所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以且應(yīng)當(dāng)知曉任何基于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的簡單變化或替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。
[0012]實(shí)施例1
(I)小粒子的制備:按摩爾比Ce(NO3)3: Y(NO3)3 =4:1稱取相應(yīng)的硝酸鹽，溶于蒸餾水形成總離子濃度為0.25M的溶液，在溶液中加入總離子摩爾數(shù)1.5倍的甘氨酸，加熱自燃，將得到的軟團(tuán)聚體充分球磨后，得到了粒徑約為10nm的粒子。
[0013](2)大粒子的制備:將氧化釤與氧化鈰粉體按摩爾比1:8的比例混合，充分球磨后，于900 °C下灼燒，得到約800nm的球形粒子。
[0014](3)將大小粒子按質(zhì)量比4:1的比例充分混合，在220Mpa下壓成樣片，在1250°C下燒結(jié)即可達(dá)到95%的相對密度(以理論壓實(shí)密度為100%)。
[0015]實(shí)施例2
(I)小粒子的制備:按摩爾比Ce(NO3)3: Y (NO3)3 =5:1稱取相應(yīng)的硝酸鹽，溶于蒸餾水形成總離子濃度為0.2M的溶液，在溶液中加入總離子摩爾數(shù)1.8倍的甘氨酸，加熱自燃，將得到的軟團(tuán)聚體充分球磨后，得到了粒徑約為10nm的粒子。
[0016](2)大粒子的制備:將氧化釤與氧化鈰粉體按摩爾比1:6的比例混合，充分球磨后，于880°C下灼燒，得到約Ium的球形粒子。
[0017](3)將大小粒子按質(zhì)量比3:1的比例充分混合，在220Mpa下壓成樣片，在1250°C下燒結(jié)即可達(dá)到96%的相對密度。
【權(quán)利要求】
1.一種低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度復(fù)合陶瓷體的制備方法，包括下述步驟: (1)小粒子的制備:按摩爾比Ce(NO3)3: Y (NO3)3 =3-6:1稱取相應(yīng)的硝酸鹽，溶于蒸餾水形成總離子濃度為0.1-0.3M的溶液，在溶液中加入總離子摩爾數(shù)1-2倍的甘氨酸，加熱自燃后，將得到的軟團(tuán)聚體充分球磨后，得到粒徑為80-120nm的小粒子； (2)大粒子的制備:將氧化釤與氧化鈰粉體按摩爾比1:6-8的比例混合，充分球磨后，于800-900°C下灼燒，得到球形大粒子； (3)將上述所得大粒子與小粒子充分混合，并在220Mpa下壓成樣片，然后再于1200-1300°C下燒結(jié)即可。
2.如權(quán)利要求1所述低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度復(fù)合陶瓷體的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述Ce (NO3) 3與Y (NO3) 3的摩爾比為4:1。
3.如權(quán)利要求1所述低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度復(fù)合陶瓷體的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述球形大粒子粒徑為小粒子粒徑的5-10倍。
4.如權(quán)利要求1所述低燒結(jié)溫度高強(qiáng)度復(fù)合陶瓷體的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述小粒子的加入量為大、小粒子總質(zhì)量的15-30%。
【文檔編號】C04B35/622GK104478432SQ201410820996
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】郭濤, 黃智鋒 申請人:合肥創(chuàng)想能源環(huán)境科技有限公司