纳米陶瓷粉体材料制备工艺、方法培训课件.ppt

力学性能 关于纳米级复相陶瓷的研究都表明在陶瓷基体中引入纳米分散相进行复合，能使材料的力学性能得到极大改善，其中最突出的作用有三点： 第一，大大提高断裂强度； 第二，大大提高断裂韧性； 第三，大大提高耐高温性能。 同时，纳米复合也能提高材料的硬度 、弹性模量，并对热膨胀系数 、导热系数，抗热震性产生影响。 图l展示不同系统的陶瓷中，引入一定量的纳米相后，陶瓷的断裂强度、耐高温性能的提高。 机械混合分散法 振动球磨机在上下振动的同时，简体还做自旋运动，因此，球磨的效果远比普通滚动球磨高。 影响球磨效率的主要因素有：振动频率、填充率、填料比和研磨介质等。一般，振动频率越高，粉碎效果也越好。 * 搅动球磨1）它的球磨筒是固定的，并采用水冷却。桶内装有许多钢制的转耙，与轴垂直的钢耙搅动物料，使研磨体（球）以相当大的加速度冲击物料，从而产生很强的研磨作用。研磨体的冲击次数可达10^5次/min 气流粉碎2）气流粉碎也称冷流粉碎。其特点是利用高速气流的强烈冲击，使物料相互撞击来粉碎或混合物料.高压气体(0.3-1MPa)分两路进入粉碎机，一路通过成对、成排的喷嘴后成为音速或超音速的射流，喷射到粉碎区；另一路从加料器进入，将物料喷到粉碎区，再由射流形成的涡流中相互撞击、摩擦以及气流与高速旋转的物料之间的剪切作用，使物料粉碎和混合。气流粉碎最大的特点是：可以连续操作；由于没有研磨体，物料不会受污染。 * 11、三液相分散包裹法 液相分散包裹法第一步：中要使用超声波、分散剂及调整pH值以达到充分分散，破坏原有的团聚结构的目的。 第二步：通过调整工艺参数在没有析晶、沉淀．团聚、沉降等造成分散不均匀的因素存在的情况下，使体系冻结 凝胶、或者聚合。 第三步：经一定热处理而制得复合粉末。 * 优点 : 这一方法， 由于在液态下分散以及没有团聚、沉降等因素存在，均匀性可以保证；由于基体组分均匀分散在纳米颗粒周围。在热处理过程中成核、长大，有可能形成具有“内晶型”结构雏形的包团结构的复合粉末。 进一步地，在上述凝胶、聚合发生之前，将由纳米粉粒及母体溶液(假定为水溶液)构成的胶体溶液强制地分散于一种不能互溶的溶剂(如甲苯)而形成微乳液系统，通过控制温度、pH值、时间等条件使每个胶体溶液乳滴中发生内凝胶，有可能制成单一尺寸．球形．具有包团结构的复合粉末．这对制备高性能纳米级复相陶瓷是十分有利的。 * 内晶型结构的形成 1）在纳米/微米复合材料中，除一定量的纳米颗粒仍处在基体晶界上外，大部分颗粒由于其粒径与基体颗粒存在数量级的差异，而且纳米相的烧结活性温度往往高于基体，因而在一定温度下基体颗粒以纳米颗粒为核发生致密化而将纳米颗粒包裹在基体晶粒内部，这样新形成了“内晶型”结构 * 残余应力引起裂纹偏转或裂纹被钉扎2）“内晶型”结构形成后，在微米颗粒内纳米相与基质晶粒间形成很多 次界面。由于这两种颗粒的线膨胀系数a和弹性模量E的失配，在 次界面 处将存在较大的应力。有人用力学方法，分析了第二相颗粒（p）与集体（m）之间的线膨胀系数失配?a=ap-am引起的应力状态及其对裂纹扩展的影响，发现当?a0时，裂纹倾向于绕过颗粒继续扩展；当?a0时，裂纹倾向于在颗粒处钉扎或穿过颗粒。因此第二项颗粒周围残余应力的存在无论是引起裂纹偏转或是裂纹被钉扎，均会提高裂断功而使材料韧性提高。 微米晶粒的潜在纳米化3）由于纳米颗粒在微米级集体晶内的存在，次界面处存在较大残余应力，使基体晶粒内产生大量亚晶界和潜在微裂纹，亚晶界的产生使基体更加细化，导致材料进一步提高。此外，这种亚晶界或微裂纹的存在实际上使基体晶粒处于一种潜在分化状态，我们称之为“纳米化效应” * 纳米化效应有利于穿晶断裂的诱发 4）穿晶断裂的诱发，一方面是由于晶粒纳米颗粒的钉扎作用，使基体主晶界强化；另一方面是晶内纳米颗粒引起的基体晶粒纳米化效应。因此，内晶型结构、微米晶粒的纳米化以及穿晶断裂这三者有十分密切的关系。（如图）可以认为诱发穿晶断裂是使材料增强增韧的最主要因素，因为主晶界强化，主裂纹不沿微米基体晶界扩展，在晶内纳米颗粒附近存在残余应力场，可能使裂纹发生偏转、钉扎等过程，这样裂纹扩展的路径必然十分曲折、复杂且多处受阻，导致断裂功的显著增大，这是复合材料韧性显著提高的主要原因之一。 * 纳米颗粒对基体晶粒形状的影响5）新原皓一发现Si3N4/SiC系统中的纳米SiC促进了棒状?-SiC的生长，即SiC起到了晶核剂作用。高家化等在Al2O3/Si3N4系统中也发现了纳米Si3N4颗粒促进棒状氧化铝基体晶粒的形成。这种棒状晶粒的作用类似于晶须，可使裂纹偏转和裂纹 桥联 机理发挥作用，从而提高材料韧性。 纳米颗粒对耐高温性能的改善6）纳米颗粒与基体之间的界面是协调的，次界面附近在原子间距的水平上