[发明专利]一种氮化硼纳米管增韧莫来石陶瓷的方法及其制备的产品

说明书

本发明提供了一种氮化硼纳米管增韧莫来石陶瓷的方法及其制备的产品；其中，该方法，包括：(1)称取原料，所述原料包括：氮化硼纳米管、氧化铝、二氧化硅及氧化镁；(2)将氧化铝、二氧化硅及氧化镁分别进行研磨处理，得到原料的研磨粉体；(3)将氮化硼纳米管分散在乙醇中，得到氮化硼纳米管悬浮液；(4)将原料的研磨粉体与溶剂混合后，再向其中加入氮化硼纳米管悬浮液，得到原料混合液；对原料混合液进行旋转蒸发，干燥后得到混合粉体；(5)将所述混合粉体成型处理，得到坯体；(6)将所述坯体在惰性气氛中烧结，然后冷却。本发明将氮化硼纳米管作为增韧相引入到莫来石基体中，显著地提高了莫来石陶瓷的断裂韧性。

技术领域

本发明涉及莫来石陶瓷增韧技术领域，特别是涉及一种氮化硼纳米管增韧莫来石陶瓷的方法及其制备的产品。

背景技术

莫来石陶瓷(3A1₂O₃·2SiO₂)具备较好的力学性能，特别是优异的高温力学性能，莫来石陶瓷的力学性能随着温度的升高反而增强，具有良好的抗热震性，优异的耐腐蚀性，较低的线膨胀系数，低的电导率较和介电常数。然而，其断裂韧性较差(约为2.1MPa·m^1/2)，严重制约其广泛应用。陶瓷材料的增韧方法包括相变增韧、晶须/纤维增韧、颗粒增韧、自增韧、纳米(管、线)增韧等，但是相变增韧、自增韧及颗粒增韧效果不是特别明显，晶须/纤维增韧的工艺过程较为复杂，产品的致密度较差，目前应用较多的是纳米增韧。比如选择碳纳米管，但碳纳米管的高温氧化性能较差而使其应用具有一定的局限性，此外碳纳米管在高温下容易与含氧的基体材料发生界面反应从而降低了增韧效果。

发明内容

氮化硼纳米管具有高的化学稳定性和抗氧化性能，还具有宽能隙，而且其电学性能不受直径和手性的影响，使它在高温、高强度纤维、半导体材料等方面，尤其在陶瓷材料的强度韧化方面有着比碳纳米管更可能的实用性(氮化硼纳米管的抗氧化温度比碳纳米管高出400℃)。基于此，为了提高莫来石陶瓷的断裂韧性，本发明提供了一种氮化硼纳米管增韧莫来石陶瓷的方法，其通过将氮化硼纳米管作为增韧相引入到莫来石基体中，通过裂纹偏转、纳米管桥接和纳米管拉拔等机制来提高莫来石陶瓷的断裂韧性。同时，本发明还提供了由上述氮化硼纳米管增韧莫来石陶瓷的方法制备的产品，即氮化硼纳米管增韧莫来石陶瓷。

具体技术方案如下：

本发明首先提供了一种氮化硼纳米管增韧莫来石陶瓷的方法，包括：

(1)称取原料，所述原料包括：氮化硼纳米管、氧化铝、二氧化硅及氧化镁；基于所述原料的总质量，氮化硼纳米管、氧化铝和二氧化硅之和、氧化镁的质量比为(0.5-3.0)％：(94.0-96.5)％：(1.0-3.0)％，优选地，基于氧化铝和二氧化硅的总质量，氧化铝与二氧化硅的质量比为71.5％：28.5％；

(2)将氧化铝、二氧化硅及氧化镁进行研磨处理，得到原料的研磨粉体；

(3)将氮化硼纳米管分散在乙醇中，得到氮化硼纳米管悬浮液；

(4)将原料的研磨粉体与溶剂混合后，再向其中加入氮化硼纳米管悬浮液，得到原料混合液；对原料混合液进行旋转蒸发，干燥后得到混合粉体；

(5)将所述混合粉体成型处理，得到坯体；

(6)将所述坯体在惰性气氛中烧结，然后冷却。

在本发明的一些具体实施方式中，所述二氧化硅包括：微米二氧化硅和纳米二氧化硅；优选地，基于二氧化硅的总质量，微米二氧化硅与纳米二氧化硅的质量比为85％：15％。

在本发明的一些具体实施方式中，步骤(6)在1400-1500℃下烧结0.5-3小时，优选地，烧结升温速率为5-15℃/分钟。