三氧參考資料化二鋁在陶瓷領(lǐng)域上的發(fā)展

1、納米三氧化二鋁在陶瓷領(lǐng)域上的發(fā)展納米三氧化二鋁在陶瓷領(lǐng)域上的發(fā)展摘要：為了探索納米三氧化二鋁在陶瓷領(lǐng)域上的應(yīng)用。查閱大呈的期刊和文獻(xiàn)，得岀了納米三氧化二鋁在 陶瓷領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，具有非常大的發(fā)展前景。納米三氧化二鋁，陶瓷粉粒徑分布均勻，電阻率高， 具有良好的絕緣性能，廣泛用于塑料，橡膠，陶瓷，涂料等絕緣性能要求高的領(lǐng)域。主要綜述了納米三氧 化二鋁的主要制備方法，包括：化學(xué)沉淀法.無壓燒結(jié)法、溶膠一凝膠法。同時(shí)，也介紹了納米三氧化二 鋁的特殊結(jié)構(gòu)性能，在陶瓷領(lǐng)域發(fā)揮的作用，其性能包括：AIA/TiC納米陶瓷刀具材料的抗熱震性能、 納米Ni-AIO金屬陶瓷粉末熱壓致密化、AIO系納米陶瓷抗拉

2、強(qiáng)度、AIQ系納米陶瓷韌性。通過以上資料 的查詢，得岀納米三氣化二鋁在陶瓷領(lǐng)域具有非常好的發(fā)展前景的結(jié)論。關(guān)鍵字:納米；三氧化二鋁；陶瓷；應(yīng)用Abstract: in order to explore the n ano 3 oxidat i on 2 aluminium in ceramic field appl icat i on. Access to a lot of per iodicals and Iiterature it is concluded that the nano 3 oxidation 2 aluminium in ceramic field played a hug

3、e role. has the very big prospects for development Nano 3 oxidation 2 aluminium. ceramic powder with uniform par icle size distr ibut ion. resistance rate is high, has the good in su I at ion performa nee. is widely used in plastic rubber. ceramics, pa i nt the in su I at ion performance of the high

4、 demand on the field. The paper mainly descr ibes the main preparation methods of nanometer 3 oxidation 2 aluminium. including chemical precipitation. pressureless sintering process sol a gel method. At the same time. also introduces the nano 3 oxidation 2 aluminium special structure performance in

5、ceramic field play a role. its performance include: A1203 / T iC nanostructured ceramic cutt i ng tool material thermaI shock performance, nano Ni - A1203 metal ceramic powder extrusion dens i fication. A1203 system nanostructured ceramic tens ile strength. A1203 system nanostructured ceramic toughn

6、ess Through the above information query. it i s cone Iuded that nano 3 oxidation 2 aluminium in ceramic field has very good prospects for deveIopment of the cone I us ion.Key v/ords: nano： 3 oxidation 2 aluminium; Ceramic: application陶瓷是人類最早使用的材料之一，在人類發(fā)展史上起著重要的作用。直到現(xiàn)在，陶瓷仍 是人類生活和生產(chǎn)中不可缺少的一種材料。陶瓷產(chǎn)品的應(yīng)用遍

7、及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。不僅 在人們?nèi)粘Ｉ钪胁荒軟]有陶瓷，就是在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究中也同樣不能缺少陶瓷。這是 因?yàn)樘沾刹牧暇哂性S多其他材料無法比擬的優(yōu)異性能，如耐磨損、耐腐蝕、耐髙溫髙壓、硬 度大、不老化等，能夠在其他材料無法承受的惡劣環(huán)境條件下正常工作。但是，隨著科學(xué)技 術(shù)的發(fā)展，人們希望作為三大材料之一的陶瓷材料具有更廣泛的特性和功能。納米三氧化二 鋁的岀現(xiàn)為陶瓷材料的改性和增強(qiáng)提供了條件。納米氧化鋁陶瓷具有硬度高、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、電絕緣性高和介電損耗低等一 系列優(yōu)異特性，因此在機(jī)械、化工、電子、醫(yī)學(xué)、航空和國防等方而均占有重要地位。用傳 統(tǒng)陶瓷制備工藝所制出的氧化鋁陶瓷，晶粒尺寸

8、大，強(qiáng)度和韌性等綜合力學(xué)性能較低，這在一 立程度上限制了它的更廣泛應(yīng)用。近年來，納米陶瓷受到人們普遍關(guān)注，由于這種陶瓷材料的 晶粒、晶界以及它們之間的結(jié)合都處在納米水平，細(xì)化晶界數(shù)量大幅度增加，可使材料的強(qiáng) 度、韌性和超塑性大為提高，并對材料的電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)柯磁學(xué)等性能產(chǎn)生重要影響。納 米級氧化鋁陶瓷具有燒結(jié)溫度低，強(qiáng)度、韌性高等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來材料科學(xué)工作者的主要 研究目標(biāo)之一。制備納米氧化鋁陶瓷主要從兩個(gè)方而出發(fā):首先是制備出具有較髙饒結(jié)活性的納米氧化鋁粉體;其次是改變傳統(tǒng)燒結(jié)工藝，采用快速低溫?zé)Y(jié)方法，控制晶粒生長。1納米三氧化二鋁的制備1.1化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法是指在包含兩種或兩種

9、以上金屬離子的可溶性鹽溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯?將金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來，在經(jīng)過濾、洗滌、T燥、鍛燒和熱分解等工藝而得到納米 材料的方法。而納米三氧化二鋁則是采用分析純氯化鋁(A 6 H：0)和分析純氫氧化鈉(NaOH)為 原料，向AbOs6比0水溶液中緩慢滴人過量的NaOH溶液，產(chǎn)生Al ( OH) s沉淀.將經(jīng)70 度干燥的Al (0H)s樣品分別在300C, 600C, 900C, 1200C, 1400C于空氣中熱處理2 h。 對樣品進(jìn)行X-r a y衍射分析，實(shí)驗(yàn)在D / ma x-ray衍射儀上進(jìn)行，C u靶(其中測140CTC 樣品為Cr靶)，石墨晶體單色器，管流150mA,

10、管壓50kV.對經(jīng)600C、1400C熱處理的 樣品進(jìn)行了 TEM分析，實(shí)驗(yàn)在刪一 8100 N儀器上進(jìn)行.我們知道，大部分物質(zhì)在不同的外界條件下能夠形成對稱性和外形不相同的晶體，也就 是具有不同結(jié)構(gòu)韻物相.而當(dāng)外界條件改變時(shí),物質(zhì)會發(fā)生結(jié)構(gòu)相變物質(zhì)從低溫相轉(zhuǎn)變?yōu)楦?溫相時(shí)，通常要吸收一定的能量這就使得相變時(shí)最近鄰或敬近鄰原子間培合性質(zhì)發(fā)生變化， 根據(jù)不同的變化性質(zhì)，相變可分為重建型相變和非重建型相變。重建型相變通常伴隨很髙的 激活能，同時(shí)其相變速度很緩慢，有時(shí)甚至于可以觀察到中間相：非重建型相變是由于溫度 或壓力的作用，晶體中某些原子的移動和配位鍵的畸變而引起的，這類相變其相變激活能 比較小

11、，同時(shí)相變速度很快。根據(jù)相變過程中的原子重組程度，A1O的多晶型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變中 的Y A100H 丫一A1O,的相轉(zhuǎn)變屬非品格重建型轉(zhuǎn)變，僅需少許能量即可完成：而丫一 “相轉(zhuǎn)變屬晶格重建型轉(zhuǎn)變，歷經(jīng)形校與長大兩個(gè)過程，需要較髙的相變激活能，而大部分 能量消耗在形核過程中，所以需要較髙溫度克服 -A1：OS的形核勢壘。采用化學(xué)沉淀法制備了 A 1(OH)3納料粉末，它在不同的熱處理溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌奈?相，其物相變化次序?yàn)?Al (OH) 3- A100H - Y - ALO 6 - Al:0 0 - Al;0 a Al;05 同 時(shí)發(fā)現(xiàn)納米粉末具有較低的相變溫度巴1. 2無壓燒結(jié)法ALO,是應(yīng)用最

12、為廣泛的陶瓷材料，但其較低的力學(xué)性能和較差的抗熱震性限制了它的應(yīng) 用領(lǐng)域，Ni i h a r a t首先報(bào)道了在氧化鋁基質(zhì)中加人業(yè)微米級SiC粒子可使材料的強(qiáng) 度和韌性大幅度提髙，隨后許多材料科學(xué)家開展了對AIA / SiC納米體系的系統(tǒng)研究。結(jié)果 表明：在氧化鋁基體中引人納米分散相進(jìn)行復(fù)合，可大大改善基質(zhì)材料的性能：AlO/SiC 納米復(fù)合陶瓷與基質(zhì)氧化鋁相比不僅具有較高的常溫、髙溫力學(xué)性能和抗熱喪性，并且呈現(xiàn) 極好的表而機(jī)械性能和超塑性，使AL0, / SiC納米陶瓷的制備受到極大關(guān)注。目前通常以納 米或微米SiC和微米氧化鋁為起始原料，用機(jī)械混合法或沉淀包裹法制備復(fù)合粉末，采用熱 壓燒

13、結(jié)或常壓氣氛保護(hù)法制備納米AL0, / SiC陶瓷,對材料的制備工藝、S i C含量和粒徑、 納米材料顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能以及增韌機(jī)理等進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。認(rèn)為用常壓氣氛燒結(jié)法 制備AI : 03 / SiC納米陶瓷時(shí)，位于晶界上的納米S i C顆粒將阻礙晶界移動，提高AI ;03 /S1C納米陶瓷致密饒結(jié)的溫度沉淀包裹法制備的AI=03/SiC納米復(fù)合陶瓷，SiC納米晶 粒主要被包裹在氧化鋁晶內(nèi)，少量SiC位于晶界上，材料的斷裂方式由氧化鋁以沿晶斷裂 為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐源┚嗔褳橹鳎牧蠌?qiáng)度有較大幅度提髙。由于AL03/ SiC納米陶瓷的制備工 藝復(fù)雜，需要熱壓或氣氛保護(hù)，目前，納米AI 5 05

14、/SiC陶瓷還處于研究和試樣的制備中。 2 5 0度前出現(xiàn)的失重是由復(fù)合粉末吸附水的排出所致：在250 -900度開始氧化生成SiO：, 其綜合結(jié)果表現(xiàn)為：500度后出現(xiàn)增重現(xiàn)象。從x射線衍射圖譜分析，干燥粉末是由無泄形 A I (0H),和SiC組成在500度熾饒的粉末，SiC的x射線特征峰強(qiáng)度比起始粉末有所 下降，而衍射郵背底增高，表明在500度鍛燒時(shí)，部分SiC已被氧化生成SiO:, Al (0H), 仍以無左形態(tài)存在。繼續(xù)提髙鍛燒溫度至800度，發(fā)現(xiàn)有新相析出，新相的X射線特征(I金與 丫-Aim致。在1000度時(shí)，丫-Aim已轉(zhuǎn)變?yōu)閍 - AI = 03在此階段，SiC繼續(xù)氧化生 成

15、Si0:,在SiC顆粒表而形成一層保護(hù)膜，包裹在顆粒表而，隨著氧化的不斷進(jìn)行，氧化膜 由不連續(xù)、非致密狀態(tài)，逐漸變?yōu)檫B續(xù)致密層，一旦SiO：致密氧化膜形成，則SiC的進(jìn)一 步氧化只能通過氧在包裹層SiO：中的擴(kuò)散來進(jìn)行，即氧化過程受氧的擴(kuò)散控制。由于氧在 SiO：中的擴(kuò)散速度很低(擴(kuò)散系數(shù)1.8 x 1 0 m隨SiO：氧化膜厚度的增加，SiC氧化速度大 大減慢。繼續(xù)升溫至1200度，有新相生成，其x射特征II巾值與莫來石相符，表明鍛燒過程 中氧化生成的SiO：與周國的- AI 發(fā)生反應(yīng)，在1200度形成莫來石。(1 )以沉淀法包裹微米S i C粒子制備復(fù)合粉末，采用常壓燒結(jié)方法可制備晶內(nèi)型A

16、I =05 /SiC納米復(fù)合陶瓷。(2 )用碳粉制造還原氣氛，采用Si埋燒工藝可以實(shí)現(xiàn)AL 05 / SiC納米復(fù)合陶瓷致密化燒 結(jié)。(3)在燉燒過程SiC氧化形成的SiO：及與基體氧化鋁反應(yīng)形成的中間液相，有利于AIcO5 /SiC陶瓷的致密燒結(jié)。1. 3溶膠一凝膠法溶膠一凝膠法是將金屬純鹽或者無機(jī)鹽經(jīng)過水解而形成溶膠，或者經(jīng)過解凝形成溶膠， 然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，是凝膠干燥、鍛燒以出去有機(jī)成分，最后合成納米材料的方法。溶膠一凝膠技術(shù)是制備粒度均勻的納米陶瓷粉末的有效手段，但傳統(tǒng)的溶膠一凝膠方法 以醇鹽為先驅(qū)體，過髙成本使之難應(yīng)用于結(jié)構(gòu)陶瓷工業(yè)化生產(chǎn).采用無機(jī)鹽為先驅(qū)體，胺鹽 為催化劑的溶膠

17、一凝膠法是制備納米陶瓷粉末的新方法在精細(xì)陶瓷中，AI2O3具有高硬度、 髙耐磨性、高彈性模量、自然資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，并具有多種晶型結(jié)構(gòu)，英中 -AI2O3出現(xiàn) 的相變溫度在1200C左右.凝膠的產(chǎn)生：(CH2)6 N 4水溶液在加熱條件下發(fā)生分解反應(yīng)生成HCHO和NHOH等物 質(zhì)，這是一個(gè)吸熱反應(yīng)，分解速度隨溫度升高迅速增加，但在室溫條件下分解程度很小，20C 時(shí)溶液的pH值接近7.這一特性使適當(dāng)濃度(CH2 )6 N 4水溶液可以與Al (NO3)3溶液在常溫 下均勻混合，得到透明溶膠而不產(chǎn)生沉淀.當(dāng)溫度上升后，(CH2 )6 N 4分解加劇生成大量 OH ,原位催化Al (NO 3) 3水解

18、，形成的膠粒同時(shí)均勻成長，膠粒長到一泄尺寸，形成透 明凝膠.采用溶膠一凝膠法制備了 AI2O3納術(shù)陶瓷粉末.用溶膠一凝膠法制備的樣品的相變過程比用 沉淀法制備的樣品簡單，并且穩(wěn)定相 -AI203在更低的溫度下即可得到，這可避免納米粉 粒度的過度粗化和納米粉的硬團(tuán)聚問題。2納米三氧化二鋁陶瓷的應(yīng)用2.1 AI203 / TiC納米陶瓷刀具材料的抗熱震性能與髙速鋼和硬質(zhì)合金刀具相比.陶瓷刀具有貝無可比擬的優(yōu)勢，如高硬度、良好的耐磨 性和耐腐蝕性能以及優(yōu)異的高溫力學(xué)性能。但是陶瓷刀具的低韌性和相對較低的強(qiáng)度影響了 其使用的可靠性在髙速切削尤其是在斷續(xù)切削時(shí)，刀楔內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用非 常容

19、易造成刀具微朋，導(dǎo)致刀具破損，這是陶瓷刀具至今尚沒有廣泛應(yīng)用的主要原因。因此, 刀具的抗熱震能力的高低是評價(jià)刀具可靠性的重要指標(biāo)A12O3/T i C復(fù)合陶瓷具有很髙的 硬度和較髙的強(qiáng)度，適合于連續(xù)切削淬硬鋼和鑄鐵，是目前較為成功的陶瓷刀具之一。但 是由于該種復(fù)合材料的斷裂韌性較低、線脹系數(shù)較大導(dǎo)致英抗機(jī)械沖擊和熱沖擊的能力不 高通過研究發(fā)現(xiàn)Al2O3/TiC納米復(fù)合陶瓷刀具材料的抗熱鳶能力低于同組分的微米級的 復(fù)合材料。其主要的原因是微米材料中存在的較大的微裂紋，該微裂紋雖然不利于提高材料 的強(qiáng)度，但卻能有效地降低材料的彈性模量，因此有利于材料抗熱喪能力的提髙。因此，當(dāng) 用納米相來提高材料的

20、抗熱喪性能時(shí)，必須對組分的物理性能(線脹系數(shù)和彈性模量)進(jìn)行 選擇，以保證材料中產(chǎn)生足夠大的微裂紋，否則納米相對材料的抗熱後能力有不利的影響： 熱震后材料強(qiáng)度的降低主要是由于試樣表而裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展所致通過對熱震過程中材 料表而顆粒所受到的殘余應(yīng)力。分析表明，材料的表而是否開裂取決于顆粒間的界而結(jié)合強(qiáng)度和AI2O3晶粒的抗拉強(qiáng) 度。2.2納米Ni-Al2O3金屬陶瓷粉末熱壓致密化A1203陶瓷是一種抗氧化、抗腐蝕的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，但由于其具有燒結(jié)活性低、 脆性大等缺點(diǎn)而在應(yīng)用上受到限制。在A1203陶瓷中引入延性金屬第二相和采用納米粉末可 以大大提高苴燒結(jié)活性，不僅可使金屬增韌強(qiáng)度提髙，而且可使陶瓷具有一立的導(dǎo)電和導(dǎo)熱 性，從而擴(kuò)大其在微電子行業(yè)中的應(yīng)用。近年來，納米陶瓷基金屬陶瓷復(fù)合材料成為很熱 門的一種新型結(jié)構(gòu)、功能陶瓷復(fù)合材料。T. Sekino等研究了以NiO或Ni ( NO3)2nH 2O 為Ni源的納米相金屬一陶瓷復(fù)合粉末，并預(yù)測由這種粉體制備的金屬一陶瓷將可能用作結(jié) 構(gòu)復(fù)合材料。采用化學(xué)鍍法制備的納米Ni-Al2O3包覆粉體，平均粒徑小，粉末比表而大，松裝密度 和