[发明专利]片状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法

说明书

片状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法，涉及复合陶瓷材料领域，尤其涉及片状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法。是要解决现有方法制备的含片状晶结构陶瓷的强度和韧性不足的问题。方法：一、将铝粉和稀释剂干燥，稀释剂为氧化锆和氧化铝的混合物；二、将干燥后的铝粉和稀释剂混合，球磨过筛，得到混合物料；三、将混合物料装入高压反应器中，点燃混合物料，进行高温燃烧合成反应，形成高温熔体，开启喷嘴，熔体喷出，冷却得复合陶瓷粉末；四、将粉末与水混合形成浆料，砂磨，即为片状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末。本方法片状晶含量高、尺寸小，分布均匀，增加陶瓷的强度和韧性。本发明用于制备片状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末。

技术领域

本发明涉及复合陶瓷材料领域，尤其涉及片状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法。

背景技术

各种氧化物陶瓷材料因具有某些优良的特殊性能(如：耐高温、抗腐蚀、耐磨损等)，在各个领域内得到了广泛的应用。特别是氧化铝、氧化锆陶瓷产量大，性能优异，已经成为应用最广泛的陶瓷材料。通常显微结构为等轴晶的氧化物陶瓷，断裂韧性、断裂强度相对较低，极大地限制了其应用领域。而对于片状晶氧化物陶瓷，断裂韧性、断裂强度都会有极大的提高，特别是原位自生均匀分布的片状晶氧化物陶瓷，性能更加优异。

对于大部分陶瓷(除了晶粒本身容易长成片状晶外)，要想制备片状晶，主要通过以下几种途径。

一、在陶瓷基体中添加少量片状晶微米粉或纳米粉，制备含片状晶结构陶瓷。但是这种方法对添加量限制较大。添加量少，片状晶分布不均匀，若裂纹避开片状晶所在区域，无法发挥其增韧作用；添加量大，小尺寸的片状晶极易团聚，烧结后形成孔隙，而且随着添加量的增大，片状晶起到了骨架作用，难以烧结致密，从而大大降低了强韧化效果。

二、向陶瓷粉体添加诱发剂，烧结过程中可原位诱发制备片状晶陶瓷。此方法的诱发剂为金属氧化物，在烧结时改变晶面生长特性，或在高温下生成液相，促进晶粒的各向异性生长，从而原位自发生长片状晶，提高陶瓷的性能。例如在氧化铝中添加氧化钙、氧化镁和氧化硅作为诱发剂，烧结时可诱发形成片状晶。但通常使用这种方法制备的陶瓷中片状晶尺寸较大，长度约为40μm，厚度约为12μm，并且片状晶数量较少，分布不均匀，不能起到较好的增强陶瓷强度韧性的作用。

综上所述，通过添加片状晶微米粉或纳米粉，制备含片状晶结构陶瓷，因片状晶起到了骨架支撑作用，难以烧结致密，因此成品中片状晶数量较少，不能使强韧化效果最大化。目前通过添加诱发剂烧结诱发生片状晶陶瓷，其内部片状晶尺寸较大，达到数十微米甚至上百微米，并且片状晶形貌不规整，分布不均匀，其陶瓷的强度和韧性远远不足。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的含片状晶结构陶瓷的强度和韧性不足的问题，提供片状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法。

本发明提供一种片状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将铝粉和稀释剂进行干燥；所述稀释剂为氧化锆和氧化铝的混合物，其中氧化铝占稀释剂总质量的47％～90％；

步骤二：将干燥后的铝粉和稀释剂混合，球磨，球磨后过筛，得到混合物料；其中混合物料中铝粉的质量分数为13％～24％，稀释剂的质量分数为76％～87％；

步骤三：将混合物料装入高压反应器中，高压反应器中充入O₂或O₂混合气体，高压反应器下端设有喷嘴，喷嘴的喷口直径为1～6mm，点燃混合物料，进行高温燃烧合成反应，反应温度为2700～4200℃，反应结束后形成高温熔体，保温1～60s，然后开启喷嘴，熔体通过喷嘴喷出，经过液相冷却，即得到氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末；其中高温熔体喷出压力设定为10～30MPa；

步骤四：将步骤三得到的粉末与水混合，搅拌形成浆料，将浆料转移至砂磨机中进行砂磨，获得平均粒径为50～500nm的陶瓷粉末，即为片状晶氧化铝/氧化锆复合陶瓷粉末。