[发明专利]一种仿珍珠母层状高强超韧陶瓷的制备方法

说明书

本发明属于结构陶瓷材料，尤其涉及一种仿珍珠母层状高强超韧陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：泡沫陶瓷基体的多面空心微孔结构表面上包覆有增韧颗粒形成的弱界面层；对包覆后的泡沫陶瓷基体预压，获得具有层状结构的陶瓷坯体；加压烧结预压后的泡沫陶瓷，实现仿生层状结构的精细组合，最后热压烧结获得仿珍珠母层状陶瓷，在不损害结构陶瓷强度的基础上，显著提高结构陶瓷的韧性。本发明的制备方法环境友好、工艺简单，所制备的仿生层状陶瓷材料具有高强度、高韧性和多元复合结构的特点，对其满足多领域应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于结构陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种仿珍珠母层状高强超韧陶瓷的制备方法。

背景技术

结构陶瓷材料的脆性是困扰其广泛应用的关键问题之一，针对这一问题研究人员开展了大量的研究，分别提出了颗粒弥散强化、纤维或晶须增韧、相变增韧和仿生结构增韧等多种增韧措施，其中，仿生结构增韧是受贝壳、珍珠母、珊瑚、骨骼和竹木等天然生物材料的启发，通过多组分的精细组合实现与天然生物结构相类似的层状结构材料。层状仿生结构增加材料受力断裂时的裂纹扩展阻力和断裂功，可以显著提高材料的断裂韧性，赋予结构陶瓷材料优异的韧性和综合性能。

仿珍珠母层状结构的精细组装一直是层状仿生陶瓷材料制备工艺的瓶颈，早期研究者采用将片状陶瓷粉体自由沉降的方法获得层状排列，该方法虽然可得到层状结构，但存在梯度排列和分布不均的问题，导致热压烧结后结构陶瓷块体的强度严重下降。近期有研究者提出采用冻干陶瓷粉体分散液的方法，实现片状陶瓷粉体的取向排列，但是这一方法在构筑层状结构的同时依旧存在层状结构的层厚较大、泡沫坯体含有机粘合剂需要进一步排胶，以及制样工艺复杂耗时的缺点。此外，仿生层状结构层厚的精确可控也是制约仿生层状陶瓷材料兼具高强和超韧性的主要因素之一，早期的研究者在构筑层状结构时通常采用流延、轧膜、干压和挤出等工艺，先通过流延、轧膜、干压和挤出等工艺分别制得陶瓷基体和界面层薄片，再将陶瓷基体和界面层薄片依次堆叠，最后热压烧结获得仿生层状结构。该方法获得的层状结构层厚比较大，平均层厚一般在0.1～2mm之间，以损失材料强度为代价，在一定程度上提升了材料的韧性。

本发明提出的仿珍珠母层状高强超韧陶瓷的制备方法，是基于具有特殊蜂窝结构的泡沫陶瓷在压力下极薄的孔壁会破裂为片状层层堆叠，并通过浸渍弱界面层实现仿生层状结构的精细组合，获得仿生层状结构的层厚小于10μm，甚至可达纳米级厚度，从而在不损害结构致密陶瓷强度的基础上，极大提高结构陶瓷的韧性，获得高强超韧陶瓷。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的是克服现有仿生层状陶瓷材料制备方法存在的工艺复杂、结构分布不均和界面可控性差等诸多不足，提出一种新颖巧妙的仿珍珠母层状高强超韧陶瓷的制备方法。

用于解决技术问题的方法

针对上述问题，本发明提出了一种仿珍珠母层状高强超韧陶瓷的制备方法。

根据本发明的一个实施方案，提供一种仿珍珠母层状高强超韧陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：泡沫陶瓷基体的多面空心球体表面上包覆由增韧颗粒形成的弱界面层；对包覆后的泡沫陶瓷基体预压，获得具有层状结构的坯体；加压烧结预压后的胚体。

一种实施方式为，泡沫陶瓷基体的制备包括，将陶瓷粉体加入去离子水中混合均匀形成陶瓷浆料，在混合好的浆料中加入表面活性剂并调节pH值，在剧烈搅拌下进行发泡得到泡沫陶瓷坯体，干燥烧结制得多孔陶瓷。

一种实施方式为，所述陶瓷粉体包括氧化铝、铝溶胶、铝粉、氧化锆、氧化硅、硅溶胶、硅粉、氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳化硼中任一种或多种混合物。

一种实施方式为，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠或十八烷基硫酸钠，添加量为浆料固含量的0.01～0.40wt％。

一种实施方式为，所述浆料的pH值在3～9之间，调节所用试剂分别是氢氧化钠或氨水。