一种高强度纳米陶瓷材料及其制备方法
【专利摘要】一种高强度纳米陶瓷材料及其制备方法，涉及材料【技术领域】，由以下质量份数的各个组分构成：（1）碳化硅，18-32份；（2）碳化钨，15-25份；（3）纳米MnO，4-9份；（4）Nb2O5，3-8份；（5）TaSe2，4-8份；（6）纳米氧化锌，5-8份；（7）纳米氧化锆，5-15份；（8）烧结助剂，6-10份。一种高强度纳米陶瓷材料的制备方法是通过高温固化法进行制备。本发明高强度纳米陶瓷材料及其制备方法提供的纳米陶瓷材料具有高强度和高韧性的特点，同时性质更加稳定，具有耐高温和耐磨等性能，可作为刀具或特种性能陶瓷材料。
【专利说明】一种高强度纳米陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料【技术领域】，特别涉及一种具有高强度和优良耐高温、耐磨性能的 纳米陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，晶粒尺寸、晶界宽 度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。要制备纳米陶瓷，这就需要解决：粉 体尺寸形貌和粒径分布的控制，团聚体的控制和分散；体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控 制。
[0003] 纳米陶瓷材料依据性能可分为两大类型：一类是纳米结构陶瓷，另一类是纳米功 能陶瓷。前者是在传统陶瓷粉体中通过加入纳米颗粒，或是将传统陶瓷粉体纳米化，通过在 烧结凝固时控制凝固或结晶相的大小和分布，从而改变陶瓷显微结构以提高其力学性能所 制得的纳米陶瓷材料，这些力学性能有硬度、强度、塑性和韧性等。后者是通过添加具有独 特功能的纳米相或颗粒，或本身在常规微米级时未能完全表现出来的通过超细化而具有特 殊功能的纳米陶瓷材料，这些特殊功能包括声学、光学、电学、磁学、生物活性、对环境的敏 感性等。对于纳米功能陶瓷在保证一定功能的基础上有时需要兼顾一定的力学性能。
[0004] 申请号为200910230613. 3的专利文献"一种高强度纳米陶瓷复合绝热材料及其 制备方法"，公开了一种高强度纳米陶瓷的制备方法，它由下列重量份比的原材料组成：漂 珠120?180份，硅灰10?50份，钛酸钾晶须35?60份，硅凝胶或者无机粘合剂或者 娃凝胶与无机粘合剂的混合物500?600份，二氧化钛5?24份，高岭土 8?12份，娃 藻土 10?16份，硅酸铝纤维网格布50?108份。该种纳米陶瓷复合绝热材料抗压强度 高，导热系数小，可耐高温800°C?1000°C，且有很高的压缩变形率，材料容重轻，经济 效益和社会效益好。由此可知，该高强度纳米陶瓷材料是纳米结构陶瓷，是在传统的陶瓷材 料中加入纳米颗粒，以达到复合材料的高强度等力学性能。但是，实际上该技术方案以硅为 主体，强度适中，并没有达到一个较高水平。
[0005] 申请号为201310672641. 7的专利文献"一种纳米陶瓷材料及其制备方法"，公 开了一种高强度的纳米陶瓷材料按重量百分比包括以下组分：纳米Zr026-7份、亚微米 Al20335-38份、纳米TiC25-28份、纳米BN2. 2-5份以及纳米B4C3-5份，余量为纳米MgO。
[0006] 由此可知，该纳米复合陶瓷材料是采用其纳米或亚微米级材料，复合添加纳米碳 化钛（TiC)、纳米氮化硼（BN)和纳米碳化硼（B4C)得到高强度纳米复合陶瓷材料，因此，具 有高硬度和高强度的性能，但是其断裂性能一般，脆性加大，作为刀具材料，不能长期使用。
【发明内容】
[0007] 本发明解决的技术问题：针对现有技术的不足，克服现有技术的缺陷，本发明提供 一种高强度纳米陶瓷材料及其制备方法。
[0008] 本发明的技术方案：一种高强度纳米陶瓷材料，由以下质量份数的各个组分构 成：
[0009] ⑴碳化硅，18-32份；
[0010] ⑵碳化钨，15-25份
[0011] ⑶纳米Mn0,4_9 份；
[0012] (4)Nb2O5, 3-8 份；
[0013] (5)TaSe2,4-8 份；
[0014] (6)纳米氧化锌，5-8份；
[0015] (7)纳米氧化锫，5-15份；
[0016] (8)烧结助剂，6-10份。
[0017] 作为优选，烧结助剂为纳米氧化镁、氧化钛、二氧化硅或氧化钙的一种或多种。
[0018] 作为优选,烧结助剂为纳米氧化镁和氧化钛。
[0019] 作为优选，纳米氧化镁和氧化钛的质量之比为1-2:1。
[0020] -种高强度纳米陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：
[0021] (1)称量：准确称取各个组分；
[0022] (2)混合：将各个组分混合在一起，搅拌均匀之后，加入酒精，搅拌0. 5-lh，后烘 干；
[0023] (3)研磨：将步骤⑵的混合物放入研磨机进行研磨；
[0024] (4)煅烧：将步骤（3)得到的混合物放入模具，进行高温煅烧；
[0025] (5)冷却：煅烧结束之后，待冷却至室温，取出，即得到高强度纳米陶瓷材料。
[0026] 作为优选，将步骤（4)中高温煅烧的温度为1100°C-1500°C。
[0027] 作为优选，将步骤（4)中高温煅烧的压力为3_6GPa。
[0028] 作为优选，将步骤（4)中高温煅烧的时间为2_8h。
[0029] 有益效果：本发明提供的高强度纳米陶瓷材料及其制备方法，是一种功能性的纳 米陶瓷材料，通过加入纳米材料，从结构和性能上达到甚至超越传统陶瓷，以及在传统陶瓷 中加入纳米材料的纳米结构陶瓷。
[0030] 本发明，为达到较好的强度和韧性，以碳化硅和碳化钨为主体材料，碳化硅和碳化 钨本身即具有高硬度和高强度的特点，再在此基础上，加入多种金属氧化物，调节陶瓷材料 的韧性和高温稳定性，因此，本发明高强度纳米陶瓷材料及其制备方法提供的纳米陶瓷材 料具有高强度和高韧性的特点，同时性质更加稳定，具有耐高温和耐磨等性能，可作为刀具 或特种性能陶瓷材料。
【具体实施方式】
[0031] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0032] 实施例1 :
[0033] -种高强度纳米陶瓷材料，由以下质量份数的各个组分构成：（1)碳化硅，18份； ⑵碳化鹤，15份；（3)纳米MnO, 4份；（4)Nb2O5, 3份；（5)TaSe2,4份；(6)纳米氧化锌，5份； (7)纳米氧化锆，5份；(8)纳米氧化镁，6份。
[0034] 根据本发明提供的制备方法制备高强度纳米陶瓷材料的制备方法，制备步骤如 下：
[0035] (1)称量：准确称取各个组分；
[0036] (2)混合：将各个组分混合在一起，搅拌均匀之后，加入酒精，搅拌0. 5h，后烘干；
[0037] (3)研磨：将步骤⑵的混合物放入研磨机进行研磨；
[0038] ⑷煅烧：将步骤⑶得到的混合物放入模具，进行高温煅烧，温度为1200°C，压力 为4GPa，时间为4h;
[0039] (5)冷却：煅烧结束之后，待冷却至室温，取出，即得到高强度纳米陶瓷材料。
[0040] 实施例2 :
[0041] 一种高强度纳米陶瓷材料，由以下质量份数的各个组分构成：（1)碳化硅，32份； ⑵碳化鹤，25份；（3)纳米MnO, 9份；（4)Nb2O5,8份；（5)TaSe2,8份；(6)纳米氧化锌，8份； (7)纳米氧化锆，15份；(8)氧化钛，10份。
[0042] 根据本发明提供的制备方法制备高强度纳米陶瓷材料的制备方法，制备步骤如 下：
[0043] (1)称量：准确称取各个组分；
[0044] (2)混合：将各个组分混合在一起，搅拌均匀之后，加入酒精，搅拌lh，后烘干；
[0045] (3)研磨：将步骤（2)的混合物放入研磨机进行研磨；
[0046] ⑷煅烧：将步骤⑶得到的混合物放入模具，进行高温煅烧，温度为1500°C，压力 为5GPa，时间为3h;
[0047] (5)冷却：煅烧结束之后，待冷却至室温，取出，即得到高强度纳米陶瓷材料。
[0048] 实施例3 :
[0049] 一种高强度纳米陶瓷材料，由以下质量份数的各个组分构成：（1)碳化硅，23份； ⑵碳化鹤，20份；（3)纳米MnO, 7份；（4)Nb2O5, 5份；（5)TaSe2, 7份；(6)纳米氧化锌，6份； (7)纳米氧化锫，11份；(8)纳米氧化镁4份和氧化钛4份。
[0050] 根据本发明提供的制备方法制备高强度纳米陶瓷材料的制备方法，制备步骤如 下：
[0051] (1)称量：准确称取各个组分；
[0052] (2)混合：将各个组分混合在一起，搅拌均匀之后，加入酒精，搅拌0. 5h，后烘干；
[0053] (3)研磨：将步骤⑵的混合物放入研磨机进行研磨；
[0054] (4)煅烧：将步骤（3)得到的混合物放入模具，进行高温煅烧，温度为1300°C，压力 为4GPa，时间为5h;
[0055] (5)冷却：煅烧结束之后，待冷却至室温，取出，即得到高强度纳米陶瓷材料。
[0056] 实施例4 :
[0057] -种高强度纳米陶瓷材料，由以下质量份数的各个组分构成：（1)碳化硅，27份； ⑵碳化鹤，18份；（3)纳米MnO, 5份；（4)Nb2O5, 5份；（5)TaSe2,6份；(6)纳米氧化锌，7份； (7)纳米氧化锆，12份；（8)二氧化硅，7份。
[0058] 根据本发明提供的制备方法制备高强度纳米陶瓷材料的制备方法，制备步骤如 下：
[0059](1)称量：准确称取各个组分；
[0060] (2)混合：将各个组分混合在一起，搅拌均匀之后，加入酒精，搅拌lh，后烘干；
[0061] (3)研磨：将步骤⑵的混合物放入研磨机进行研磨；
[0062] (4)煅烧：将步骤（3)得到的混合物放入模具，进行高温煅烧，温度为1400°C，压力 为5GPa，时间为4h;
[0063] (5)冷却：煅烧结束之后，待冷却至室温，取出，即得到高强度纳米陶瓷材料。
[0064] 实施例5 :
[0065] 一种高强度纳米陶瓷材料，由以下质量份数的各个组分构成：（1)碳化硅，26份； ⑵碳化鹤，22份；（3)纳米MnO, 8份；（4)Nb2O5,6份；（5)TaSe2, 5份；(6)纳米氧化锌，8份； (7)纳米氧化锆，13份；(8)氧化钙，8份。
[0066] 根据本发明提供的制备方法制备高强度纳米陶瓷材料的制备方法，制备步骤如 下：
[0067] (1)称量：准确称取各个组分；
[0068] (2)混合：将各个组分混合在一起，搅拌均匀之后，加入酒精，搅拌0. 5h，后烘干；
[0069] (3)研磨：将步骤⑵的混合物放入研磨机进行研磨；
[0070] (4)煅烧：将步骤（3)得到的混合物放入模具，进行高温煅烧，温度为1400°C，压力 为4GPa，时间为5h;
[0071] (5)冷却：煅烧结束之后，待冷却至室温，取出，即得到高强度纳米陶瓷材料。
[0072] 申请号为200910230613. 3的专利文献"一种高强度纳米陶瓷复合绝热材料及其 制备方法"公开的技术方案制备纳米陶瓷材料，为对照组；将上述实施例和对照组进行材料 性能的测试，测定纳米陶瓷材料进行硬度、强度和韧性的性能测试，结果如表1所示：
[0073] 表1纳米陶瓷材料硬度、强度和韧性性能测定
[0074]
【权利要求】
1. 一种高强度纳米陶瓷材料，其特征在于，由以下质量份数的各个组分构成： (1) 碳化硅，18-32份； (2) 碳化钨，15-25份 (3) 纳米 Mn0,4-9 份； (4) Nb205, 3-8 份； (5) TaSe2,4_8 份； (6) 纳米氧化锌，5-8份； (7) 纳米氧化锆，5-15份； (8) 烧结助剂，6-10份。
2. 根据权利要求1所述的高强度纳米陶瓷材料，其特征在于：烧结助剂为纳米氧化镁、 氧化钛、二氧化硅或氧化钙的一种或多种。
3. 根据权利要求1所述的高强度纳米陶瓷材料，其特征在于：烧结助剂为纳米氧化镁 和氧化钛。
4. 根据权利要求3所述的高强度纳米陶瓷材料，其特征在于：纳米氧化镁和氧化钛的 质量之比为1-2:1。
5. -种根据权利要求1-4任一项所述的高强度纳米陶瓷材料的制备方法，其特征在 于，制备步骤如下： (1) 称量：准确称取各个组分； (2) 混合：将各个组分混合在一起，搅拌均匀之后，加入酒精，搅拌0. 5-lh，后烘干； (3) 研磨：将步骤（2)的混合物放入研磨机进行研磨； (4) 煅烧：将步骤（3)得到的混合物放入模具，进行高温煅烧； (5) 冷却：煅烧结束之后，待冷却至室温，取出，即得到高强度纳米陶瓷材料。
6. 根据权利要求5所述的高强度纳米陶瓷材料的制备方法，其特征在于：将步骤（4)中 高温煅烧的温度为ll〇〇°C -1500°C。
7. 根据权利要求5所述的高强度纳米陶瓷材料的制备方法，其特征在于：将步骤（4)中 高温煅烧的压力为3-6GPa。
8. 根据权利要求5所述的高强度纳米陶瓷材料的制备方法，其特征在于：将步骤（4)中 高温煅烧的时间为2-8h。
【文档编号】C04B35/577GK104326749SQ201410522500
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】翟红波, 杨振枢, 韦洪屹 申请人:苏州博利迈新材料科技有限公司