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)域上的應用。查閱大呈的期刊和文獻，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：化學沉淀法.無壓燒結(jié)法、溶膠一凝膠法。同時，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)品的應用遍

7、及國民經(jīng)濟的各個領(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)、科學研究中也同樣不能缺少陶瓷。這是 因為陶瓷材料具有許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，因此在機械、化工、電子、醫(yī)學、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，強度和韌性等綜合力學性能較低，這在一 立程度上限制了它的更廣泛應用。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，細化晶界數(shù)量大幅度增加，可使材料的強 度、韌性和超塑性大為提高，并對材料的電學、熱學、光學柯磁學等性能產(chǎn)生重要影響。納 米級氧化鋁陶瓷具有燒結(jié)溫度低，強度、韌性高等優(yōu)點，已成為近年來材料科學工作者的主要 研究目標之一。制備納米氧化鋁陶瓷主要從兩個方而出發(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，采用快速低溫燒結(jié)方法，控制晶粒生長。1納米三氧化二鋁的制備1.1化學沉淀法化學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?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。 對樣品進行X-r a y衍射分析，實驗在D / ma x-ray衍射儀上進行，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 樣品進行了 TEM分析，實驗在刪一 8100 N儀器上進行.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.而當外界條件改變時,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，通常要吸收一定的能量這就使得相變時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，同時其相變速度很緩慢，有時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，其物相變化次序為 Al (OH) 3- A100H - Y - ALO 6 - Al:0 0 - Al;0 a Al;05 同 時發(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,是應用最

12、為廣泛的陶瓷材料，但其較低的力學性能和較差的抗熱震性限制了它的應 用領(lǐng)域，Ni i h a r a t首先報道了在氧化鋁基質(zhì)中加人業(yè)微米級SiC粒子可使材料的強 度和韌性大幅度提髙，隨后許多材料科學家開展了對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行復合，可大大改善基質(zhì)材料的性能：AlO/SiC 納米復合陶瓷與基質(zhì)氧化鋁相比不僅具有較高的常溫、髙溫力學性能和抗熱喪性，并且呈現(xiàn) 極好的表而機械性能和超塑性，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，用機械混合法或沉淀包裹法制備復合粉末，采用熱 壓燒

13、結(jié)或常壓氣氛保護法制備納米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)和力學性能以及增韌機理等進行了較詳細的研究。認為用常壓氣氛燒結(jié)法 制備AI : 03 / SiC納米陶瓷時，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?，材料強度有較大幅度提髙。由于AL03/ SiC納米陶瓷的制備工 藝復雜，需要熱壓或氣氛保護，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，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，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膜，包裹在顆粒表而，隨著氧化的不斷進行，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的進一 步氧化只能通過氧在包裹層SiO：中的擴散來進行，即氧化過程受氧的擴散控制。由于氧在 SiO：中的擴散速度很低(擴散系數(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，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納米復合陶瓷。(2 )用碳粉制造還原氣氛，采用Si埋燒工藝可以實現(xiàn)AL 05 / SiC納米復合陶瓷致密化燒 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，過髙成本使之難應用于結(jié)構(gòu)陶瓷工業(yè)化生產(chǎn).采用無機鹽為先驅(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，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)生分解反應生成HCHO和NHOH等物 質(zhì)，這是一個吸熱反應，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 時溶液的pH值接近7.這一特性使適當濃度(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聚問題。2納米三氧化二鋁陶瓷的應用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)異的高溫力學性能。但是陶瓷刀具的低韌性和相對較低的強度影響了 其使用的可靠性在髙速切削尤其是在斷續(xù)切削時，刀楔內(nèi)的機械應力和熱應力的共同作用非 常容

19、易造成刀具微朋，導致刀具破損，這是陶瓷刀具至今尚沒有廣泛應用的主要原因。因此, 刀具的抗熱震能力的高低是評價刀具可靠性的重要指標A12O3/T i C復合陶瓷具有很髙的 硬度和較髙的強度，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 是由于該種復合材料的斷裂韌性較低、線脹系數(shù)較大導致英抗機械沖擊和熱沖擊的能力不 高通過研究發(fā)現(xiàn)Al2O3/TiC納米復合陶瓷刀具材料的抗熱鳶能力低于同組分的微米級的 復合材料。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 用納米相來提高材料的

20、抗熱喪性能時，必須對組分的物理性能(線脹系數(shù)和彈性模量)進行 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： 熱震后材料強度的降低主要是由于試樣表而裂紋的產(chǎn)生與擴展所致通過對熱震過程中材 料表而顆粒所受到的殘余應力。分析表明，材料的表而是否開裂取決于顆粒間的界而結(jié)合強度和AI2O3晶粒的抗拉強 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、 脆性大等缺點而在應用上受到限制。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度提髙，而且可使陶瓷具有一立的導電和導熱 性，從而擴大其在微電子行業(yè)中的應用。近年來，納米陶瓷基金屬陶瓷復合材料成為很熱 門的一種新型結(jié)構(gòu)、功能陶瓷復合材料。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合粉末，并預測由這種粉體制備的金屬一陶瓷將可能用作結(jié) 構(gòu)復合材料。采用化學鍍法制備的納米Ni-Al2O3包覆粉體，平均粒徑小，粉末比表而大，松裝密度 和