氧化铝-氧化锆复合陶瓷粉体的水热法制备及高温灼烧处理
高温氧化铝陶瓷制备工艺与性能研究
高温氧化铝陶瓷制备工艺与性能研究高温氧化铝陶瓷是一种常见的耐火材料，其优异的高温稳定性和耐腐蚀性使其在许多领域有广泛应用。
本文旨在探讨高温氧化铝陶瓷的制备工艺和性能研究。
一、高温氧化铝陶瓷的制备工艺高温氧化铝陶瓷的制备工艺包括原料处理、成型、烧结等多个环节。
其中原料处理是关键的一步，它直接影响到最终制品的物理和化学性能。
通常采用Al(OH)3为原料，先进行脱水反应生成Al2O3，然后将Al2O3通过球磨机打成粉末，并进行筛分和精细篦分，以保证粉末的均匀性和细度。
成型包括浇铸成型、挤压成型、注塑成型等多种方式，不同的成型方式对最终制品的物理和化学性能也有影响。
烧结是最后的一步，高温氧化铝陶瓷的烧结温度通常在1600℃以上，烧结时间也根据制品尺寸等因素而有所不同。
二、高温氧化铝陶瓷的性能研究1.力学性能高温氧化铝陶瓷的力学性能是其重要的性能指标之一，包括强度、韧性、断裂韧性等。
强度主要受制品的成型方式和烧结工艺的影响，通常为200 MPa以上。
韧性和断裂韧性是反映高温氧化铝陶瓷抗裂纹扩展和断裂的重要指标，常用的测试方法包括断裂韧性试验、冲击韧性试验等。
2.电学性能高温氧化铝陶瓷的电学性能是其在一些特殊应用中的重要指标。
通常包括介电常数、介电损耗等。
介电常数是反映材料在电场中响应程度的重要指标，通常为8左右。
介电损耗是反映材料电导率大小的重要指标，通常为10-5以下。
3.热学性能高温氧化铝陶瓷的热学性能是其在高温环境下稳定性的重要指标。
常用的测试方法包括热膨胀系数、热导率等。
热膨胀系数是反映材料在温度变化时膨胀或收缩的程度，通常为7×10-6/℃左右。
热导率是反映材料导热性能的重要指标，通常为20 W/mK左右。
三、高温氧化铝陶瓷的应用领域高温氧化铝陶瓷广泛应用于冶金、电子、化工、航空等多个领域。
在冶金行业中，高温氧化铝陶瓷被广泛应用于高温电解槽、高温炉衬等领域。
在电子行业中，高温氧化铝陶瓷被广泛应用于电容器、防静电材料等领域。
氧化铝_氧化锆复合陶瓷粉体的水热法制备及高温灼烧处理[1]
![氧化铝_氧化锆复合陶瓷粉体的水热法制备及高温灼烧处理[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/6f973666f5335a8102d220bd.png)
晶粒粒度达到 400 nm 左右 ,这一数值与水热
Al2O3 molar fraction of t he used precursors Hydrot hermal reaction temperature : 200 ℃; Time :24 h
法制 得 的 纯 γ - AlOOH 晶 粒 粒 度 基 本 相
同[9 ] .
图 3 给出了部分水热反应产物的 TEM 照片. 当前驱物中 Al2O3 摩尔分数高于 10 %时. 所得产物中无论 γ- AlOOH 还是 ZrO2 晶粒均具有高对称性 (近于球状) 生长形态 (见图 3a) ; 当前驱物 Al2O3 摩尔分数为 82 %时 ,产物中 γ- AlOOH 晶粒呈双锥薄片状 (见图 3b) ,而 ZrO2 晶粒仍具有高对称性生长形态 (见图 3c) .
200050 .
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果 ;水热反应条件 ( 水热反应的温度 、反应时
间) 、矿化剂种类与产物物相 、晶粒生长形态及
粒度之间的关系 ;研究了产物在灼烧处理过程
B
B
(d) 82 % Al2O3
粒度具有类似的影响[10 ] .
2. 3 矿化剂的选用对产物物相、晶粒粒度的影响
表 2 给出了选用不同矿化剂 ,经相同条件水热反应所得粉体的物相和晶粒粒度检测结果 ,
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图 3 采用不同摩尔分数 Al2O3 前驱物经 200 ℃,24 h 水热反应制得的 AlOOH - ZrO2 粉体 TEM 照片 Fig. 3 TEM photographs of t he hydrot hermal AlOOH - ZrO2 composite powders
功能性陶瓷材料的合成及性能调控
功能性陶瓷材料的合成及性能调控功能性陶瓷材料是一类具有特定功能和性能的材料，具有在特定环境下实现特定功能的能力。
功能性陶瓷材料具有广泛的应用领域，如电子器件、传感器、能源存储和转化等。
本文将重点介绍功能性陶瓷材料的合成方法和性能调控策略。
一、功能性陶瓷材料的合成方法功能性陶瓷材料可以通过多种方法进行合成，其中最常用的方法包括溶胶-凝胶法、高温固相法和水热法等。
以下分别介绍这几种合成方法的特点和应用。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的功能性陶瓷材料合成方法。
它通过在溶液中形成稳定胶体颗粒后，经过凝胶和煅烧等工艺步骤，得到陶瓷材料。
该方法适用于多种陶瓷材料的制备，具有制备简单、工艺条件温和、成本低等优点。
2. 高温固相法高温固相法是一种通过高温下两种或多种化合物的固态反应得到陶瓷材料的方法。
该方法适用于需要高温稳定的材料合成，例如氧化锆、氧化铝等。
它具有制备高纯度材料、晶粒尺寸可控等优点，但需要较高的合成温度和较长的反应时间。
3. 水热法水热法是一种将化学反应在高温高压水溶液中进行的方法。
该方法适用于制备微纳米级陶瓷材料，具有合成条件温和、反应速度快、晶型可控等特点。
此外，水热法还可以用于合成复杂的多组分材料，例如铁酸铁锂材料。
二、功能性陶瓷材料的性能调控策略功能性陶瓷材料的性能调控是实现其特定功能的关键。
以下介绍几种常见的性能调控策略。
1. 成分调控成分调控是通过调整材料的化学成分来改变其性能。
例如，通过改变材料中的掺杂元素浓度或种类，可以调控材料的导电性、磁性等功能性质。
成分调控需要研究人员深入理解材料的化学组成和结构特征。
2. 结构调控结构调控是通过改变材料的晶体结构或形态来调控其性能。
例如，通过控制陶瓷材料的烧结工艺和煅烧温度，可以改变其晶粒尺寸和晶界特征，从而影响材料的力学性能和导电性能。
此外，通过引入纳米尺度结构或设计多级孔结构等方法，也可以实现对陶瓷材料性能的调控。
3. 界面调控界面调控是通过改变材料与其它材料之间的界面相互作用来调控其性能。
水热法制备氧化铝多孔陶瓷材料
水热法制备氧化铝多孔陶瓷材料胡淑娟;Faizan Haseeb ASLAM;Md Eddris ALI;Bisrat Kidane GEBREMESKEL;张跃【摘要】采用胶态成型工艺,以氧化铝粉体为原料,以聚二甲基二烯丙基氯化铵为分散剂,酸性铝溶胶为粘结剂,制备出多孔氧化铝素坯,并对其加以水热处理,以增强其力学性能.研究了分散剂添加量对浆料流变性的影响,溶胶的浓度及水热时间对多孔陶瓷微观结构、力学性能的影响.研究结果表明:分散剂的添加量为0.3 wt.％时,浆料的粘度最低;通过控制溶胶浓度及水热时间可制备出气孔率为57.59％,抗压强度为13.54 MPa的孔隙结构均匀的氧化铝多孔陶瓷材料.【期刊名称】《中国陶瓷工业》【年(卷),期】2019(026)004【总页数】4页(P1-4)【关键词】多孔陶瓷;水热法;氧化铝;溶胶;气孔率【作者】胡淑娟;Faizan Haseeb ASLAM;Md Eddris ALI;Bisrat Kidane GEBREMESKEL;张跃【作者单位】梧州学院机械与材料工程学院,广西梧州 543002;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京 100191;梧州学院机械与材料工程学院,广西梧州543002;梧州学院机械与材料工程学院,广西梧州 543002;梧州学院机械与材料工程学院,广西梧州 543002;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TQ174.750 引言与传统致密材料相比，多孔陶瓷材料表现出优异的性能。
例如，较低的热导率、较高的比表面积、较好的抗热震、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损及热稳定性等[1-4]。
近年来，多孔陶瓷材料常作为吸声减震、气体液体过滤、隔热保温、催化剂载体、化学传感器、生物陶瓷元件广泛应用于建筑、环保、冶金、机械、医学、电化学、石油化工、交通运输、航空航天等领域[5-7]。
胶体成型工艺是制备高品质陶瓷材料的最有前景的方法之一。
高温氧化铝陶瓷材料的研究与制备技术
高温氧化铝陶瓷材料的研究与制备技术随着科技的不断发展，高温氧化铝陶瓷材料在航空、航天、电子、石油、化工、医疗等领域有着广泛的应用。
例如，高温氧化铝陶瓷材料可用于制造超声波探伤器；在空间站建设中，能够代替传统的金属材料进行建设；在电子领域，高温氧化铝陶瓷材料的使用可提高电器元器件的性能。
因此，研究和制备高温氧化铝陶瓷材料已成为当前材料领域的重点。
一、高温氧化铝陶瓷的特性高温氧化铝陶瓷的主要成分是氧化铝，亦称为氧化铝陶瓷，具有以下特性：1.高强度：高温氧化铝陶瓷具有高度的结构和化学稳定性，能够承受高温和高压的环境，具有较高的机械强度和硬度。
2.抗腐蚀性：高温氧化铝陶瓷材料抗酸碱、腐蚀、摩擦、磨损等能力强，能够保持较长时间的机械性能。
3.导电性：高温氧化铝陶瓷可以通过对其进行短时高温处理提高导电性能，并在高温下稳定地工作。
4.良好的抗辐射性：高温氧化铝陶瓷具有良好的抗辐射性能，在核电站等高辐射环境下广泛应用。
二、高温氧化铝陶瓷材料的制备高温氧化铝陶瓷的制备主要通过烧结工艺实现。
烧结是指将粉末在高温下加热并压实以构成陶瓷体，其烧结程度是粉末在氧化铝的界面上碳化程度的反映。
高温氧化铝陶瓷材料的制备流程大致如下：1.原材料准备：主要原材料是氧化铝粉末。
氧化铝粉末的制备方式有溶胶-凝胶法、水热法、离子交换树脂法和氧化铝直接合成法等多种方法。
2.制粉和成型：将氧化铝粉末加入其他物质，如氧化镁、氧化锆、二氧化硅等，来改变其物理和化学性质，再进行制粉和成型。
成型的方式主要有压制、注塑和挤出等。
3.烧结：将成型好的陶瓷原件放入电炉加热，并在较高氧分压下进行烧结。
烧结过程包括热压缩烧结法、真空烧结法、等离子体烧结法、微波加热烧结法等。
4.加工和表面处理：高温氧化铝陶瓷材料需进行加工和表面处理，常用的加工方式有机械加工、化学加工和气化加工等。
三、高温氧化铝陶瓷材料的未来展望高温氧化铝陶瓷在各个领域的应用前景广阔。
未来，随着科技进步，必将在以下方面取得更多的进展：1.开发更多种类的高温氧化铝陶瓷材料。
超细氧化铝锆粉体的水热法探讨
２ ． 结果 与讨 论
通过 试验 发现 ，影 响超 细氧 化铝锆 粉体 前 躯体粒度 的主要 因素有：ｐ Ｈ值、水热温度制度 、
水热反应时 间、矿化剂 的用量 。 ２ ． １ ｐ Ｈ值的影响
溶液 的 ｐ Ｈ 值对 氧化铝锆超细粉体 的生成有
ｌ 酌 减 ％ Ｉ １ ６ ５ １ ４ ５ Ｉ ２ ＿ ＿ ＿ ＿ ・ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ １ ・ ・ ２ － － ＿ ＿ ＿ ３ ＿ ＿ ５ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ 。 一 １ ． １ ． ４ Ｉ ． １
在 磨料 、耐火 材料 、填料 、陶瓷 制 品、导热绝 缘 材料 等行业 应用广 泛 。但 在 陶瓷应用 中 的短 板 就 是脆性 大， 目前增加 韧性 的方式有 添加氧 化 锆、 添加氧化铝纤维 、 使用超细氧化铝粉体等 。
１ ． １试验试剂及仪器
氧氯化 锆 （ 沈 阳化 工厂 ）；氢氧 化钾 （ 鑫 兴化工厂 ） ； 氯化铝 （ 洛 阳化 工厂 ） ；１ ５ ％ 氨水 （ 国 药化 学试剂 厂 ）；稳 定剂 （ 廊 坊精 细化 工有 限 公 司 ）：工业 酒精 （ 郑州化 工厂 ）。高压 反应 釜 （ 山东某实验 设备厂 ）；ｘ 一射线衍 射仪 （ 英
化 铝锆粉 体 ，产 品粒度 均 匀，分散 性 能好 等 ， 是 目前 使用 比较广泛 的方 法 。液相 法常用 的方
滤饼转移到 １ ０ ０ ０ ｍ Ｌ的大烧杯 中，加去离子水至 ４ ０ ０ ｍ Ｌ ，搅 拌 均匀后 用氢 氧化钾 溶液 调节 Ｐ Ｈ 值
至规定 值，搅 拌均匀 ；将 悬浮 浆体 加入 到高压 釜 中，在 设定 的加 热条件 下加热 保温 ；水热完 成后对 浆体进 行过 滤洗涤 至无 附着碱 ，再用工 ． Biblioteka Ｉ Ｉ Ｉ
氧化铝和氧化锆陶瓷
氧化锆陶瓷材料及应用
Garvie 1975年首先报道: ceramic steel
主要来源于锆英石(ZrSiO4) 矿，杂质主要为Al2O3, HfO2, TiO2
2680°C
2370 °C
液相(L) ←⎯⎯⎯⎯→ 立方相(c) ←⎯⎯⎯⎯→
1170 °C
正方相(t) ←⎯⎯⎯⎯→ 单斜相(m)
氧化锆生物陶瓷
人工关节 牙种植体
近于惰性 良好的生物相容性
抗生理腐蚀 良好的韧性、耐磨性 和强度
95 Al2O3 、92 Al2O3、90 Al2O3、 80 Al2O3、 75 Al2O3
配方
95Al2O3:
高岭土2%+滑石3% 滑石3.75%+SiO20.63%+(CaCO3+MgCO3) 0.63%
99Al2O3:
高岭土0.75%+ MgCO3 0.25%
透明氧化铝
1959年美国通用电气公司报道了透光性的氧化铝陶瓷， 这种陶瓷的透光率对4000-6000nm的红外波段透光大于 80%(1mm厚的试样)。
t相
m相
基
应
体 本
dI
力 诱
身
发
的
增
贡
韧
献
残
dc
余 应
力
增
韧
晶粒尺寸d 显 dm 微 裂 纹 增 韧
K1c0
ΔK1cT
ΔK1cS
ΔK1cM
ΔK1cT
TZP
晶 粒 百 分 数
ΔK1cT K1c0
t+m双相组织 ΔK1cs
ΔK1cm
dI
dC dm
不同尺寸晶粒韧化的机理
TZP的韧性为：K1c(TZP) = K1c0 + ΔK1cT t+m双相组织：
氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷制备及性能研究
氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷制备及性能研究邓茂盛【摘要】本实验以纳米3Y-TZP和微米Al2O3为主要原料,采用常压烧结法制备致密的纳米ZTA复相陶瓷材料.当3Y-TZP含量为30wt％时,其相对密度达到最高,如烧结温度为1 400℃,试样的相对密度高达96.35％.在烧结温度范围内,试样中的颗粒会随着烧结温度的升高而增大,Al2O3颗粒随着3Y-TZP含量的增加而变小.纳米级的3Y-TZP颗粒会形成“内晶型”结构.在烧结温度为1 450℃时,含30wt％3Y-TZP的试样抗弯强度高达441.22 MPa.【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】6页(P30-35)【关键词】复相陶瓷;烧结温度;晶相组成;抗弯强度;硬度【作者】邓茂盛【作者单位】榆林市新科技开发有限公司陕西榆林718100【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75氧化铝陶瓷材料是现代无机非金属材料中的一个重要组成部分，其具有其它许多材料所没有的优良的性能。
然而，由于氧化铝陶瓷存在室温强度低、断裂韧度差、脆性大的缺点，使其应用范围受到一定的限制[1]。
而氧化锆具有好的断裂韧性，其可以通过相变增韧来提高材料的力学性能，人们根据此原因研制出氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷[2]。
近年来，纳米复合材料的研究成为材料科学领域的一个热点，尤其是以氧化铝为基体的陶瓷[3]。
ZTA复相纳米陶瓷逐渐发展起来，利用相变增韧和第二相纳米颗粒增韧的叠加作用来改善Al2O3力学性能，被广泛应用于各项领域。
本研究是以纳米3Y-TZP和微米Al2O3为原料，采用液相烧结方式制备3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷。
在最佳烧结条件下，研究不同含量的纳米3Y-TZP对3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷的致密化、相组成、显微结构以及力学性能的影响，并对其复相陶瓷的增韧机理进行探讨。
1 实验内容1.1 实验原料实验所用的原料如表1所示。
表1 实验所用的原料表名称化学式生产厂家纯度八水氧氯化锆ZrOCl2·8H2O国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.0%六水硝酸钇Y(NO3)3·6H2O国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.0%二氧化钛TiO2国药集团化学试剂有限公司化学纯,纯度≥98.0%二氧化锰MnO2天津市福晨化学试剂厂分析纯,纯度≥85.0%氧化铝Al2O3浙江省乐清市超微细化工有限公司—无水乙醇C2H5OH国药集团化学试剂有限公司分析纯,纯度≥99.7%氨水NH3·H2O天津市福晨化学试剂厂分析纯,氨含量25%～28%聚乙二醇1000H(OCH2CH2)nOH国药集团化学试剂有限公司化学纯PVA[C2H4OCH]n自制5g/100ml去离子水H2O自制—1.2 试样的配方样品的编号采用以下方式：以组份中的质量百分比进行编号。
玻璃陶瓷复合材料的制备及其性能研究
玻璃陶瓷复合材料的制备及其性能研究在如今的科技发展日新月异的时代，为了适应不断变化的需求，各种材料都在不断被研发和推广。
其中，玻璃陶瓷复合材料作为一种新型材料已经逐渐应用到生产和实践中。
本文将从制备和性能两个方面来探讨玻璃陶瓷复合材料。
一、制备玻璃陶瓷复合材料是由玻璃、氧化铝和氧化锆等陶瓷颗粒组成的。
其制备过程主要包括粉末的制备和成型工艺两个步骤。
1.粉末的制备粉末的制备过程是制备玻璃陶瓷复合材料的关键。
通常，选择合适的原材料是制备成功的前提。
同时，为了得到稳定的粉末体系，在实际生产中，常使用理化方法、凝胶法、水热法等多种方法进行粉末的制备。
（1）理化法利用相应的化学原理，制备合适的物质进行处理，得到所需的材料粉末。
例如，利用水热合成路易斯酸和碱的离子反应制备铝氧体和锆氧体的粉末。
（2）凝胶法在凝胶法中，将氧化铝和氧化锆悬浊液加入可以生成凝胶的化学物质（如硝酸铝、氯化锆、硝酸铅等）中制备所需的粉末。
（3）水热法在水热法中，将氧化铝和氧化锆的混合物加入含有相应化学物质的水溶液中。
在设定好的温度和时间条件下，得到所需要的粉末。
2.成型工艺从制备材料的角度分析，研究制备材料的成型方法的优化是非常必要且重要的。
常用的成型方法包括：压制、注射成型、挤压成型、模压和3D打印等。
（1）压制制备过程中，将所需的粉末压缩成固体，之后再通过烧结和高温处理得到所需的终产品。
（2）注射成型在注射成型中，将粉末混合物加入注射机中，通过注射器将混合物注入一个模具中，依靠模具的形状来进行成型。
（3）挤压成型在挤压成型中，将粉末混合物通过挤压机挤压成形，依靠挤压机的压力来进行成型。
（4）模压在模压中，将粉末混合物压入一个模具中进行成型，通过模具的形状来进行成型。
（5）3D打印使用3D打印技术可以制造出复杂的玻璃陶瓷复合材料件。
只要在计算机上进行设计，并且设置好对应的参数，就可以通过机器进行制造。
二、性能1.物理性能玻璃陶瓷复合材料的物理性能主要包括机械性能、热膨胀系数、热导率、热稳定性等方面。
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2. 2 水热反应条件对产物物相 、晶粒粒度的影响
表 1 给出了采用 Al2O3 摩尔分数为 20 %的前驱物经不同温度下水热反应所得产物物相和 晶粒粒度检测结果. 水热温度 200 ℃及其以下所得粉体主要由 γ- AlOO H 和 c (t) - ZrO2 晶
粒组成. 随着水热温度升高 ,产物中出现了 m - ZrO2 晶粒. 当水热温度达到 430 ℃时 ,产物则 完全由 γ- AlOO H 和 m - ZrO2 晶粒组成. 同时 ,随着水热温度的升高 ,无论 γ- AlOO H 还是 m - ZrO2 晶粒的粒度都有所增大. 实验表明 ,恒定反应温度 、延长水热反应时间对产物物相及
250 200
Zirconia Boehmite
均小于 20 nm. 当前驱物 Al2O3 摩尔分数小于
150
30 %时 , 产物中 γ- AlOO H 晶粒粒度与 ZrO2
100 50
晶粒相当 ,仅为数十纳米. 此时即制得了粒度
均一的纳米级 γ - AlOO H - ZrO2 复合粉体.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Al2O3 molar fraction of used precursors/ %
同[9].
图 3 给出了部分水热反应产物的 TEM 照片. 当前驱物中 Al2O3 摩尔分数高于 10 %时. 所得产物中无论 γ- AlOO H 还是 ZrO2 晶粒均具有高对称性 (近于球状) 生长形态 (见图 3a) ; 当前驱物 Al2O3 摩尔分数为 82 %时 ,产物中 γ- AlOO H 晶粒呈双锥薄片状 (见图 3b) ,而 ZrO2 晶粒仍具有高对称性生长形态 (见图 3c) .
复合粉体的 XRD 谱
2 结果与讨论
Fig. 1 XRD patterns of t he hydrot hermal AlOOH - ZrO2 composite powders syn2
2. 1 不同配比的前驱物制得的粉体特性 XRF 检测发现水热反应产物中铝 、锆的摩
尔分数与所用前驱物铝 、锆摩尔分数基本相同 ,
反之 ,γ- AlOO H 晶粒粒度随前驱物中 Al2O3
摩尔分数的增加而急剧增大. 例如 ,当前驱物 图 2 产物粒度与前驱物中 Al2O3 摩尔分数的关系
Al2O3 摩尔分数为 82 %时 ,生成的 γ- AlOO H Fig. 2 Relationship between t he particle size and t he
本工作研究了水热法氧化铝 - 氧化锆复相陶瓷粉体的制备及粉体高温灼烧后处理实验结
1997 年 8 月 6 日收到. 国家自然科学基金重点项目. 项目编号 :59832080. 通讯联系人 :施尔畏 ,男 ,43 岁 ,博士 ,研究员 ,所长 (第一作者 :田明原 ,男 ,34 岁 ,博士) ,中国科学院上海硅酸盐研究所 ,上海
第 26 卷第 6 期 田明原等 :氧化铝 - 氧化锆复合陶瓷粉体的水热法制备及高温灼烧处理 · 77 5 ·
本工作中前驱物及水热反应产物组成均以 Al2O3 的摩尔分数表示. 图 1 是采用不同摩尔分数的 Al2O3 水热反应产物的 XRD 谱. 当前驱物 Al2O3 摩尔分数高
于 10 %时 ,产物 XRD 谱都出现了一水软铝石 (γ- AlOO H) 的衍射峰 (图 1b ,1c ,1d) . 这表明产
t hesized by t he precursors wit h differ2 ent Al2O3 molar fraction at 200 ℃ for
24 h
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生成的 ZrO2 晶粒则主要为单斜相 (见图 1 d) .
图 2 是 水 热 AlOO H晶粒粒度与所用前驱物 Al2O3 摩
350
mn/ ezis elcitraP
尔分数的关系曲线. 从图可看到 : ZrO2 晶粒
300
粒度基本上与前驱物中 Al2O3 摩尔分数无关 ,
在弱酸性或强碱性反应介质中生成的产物中均含有 m - ZrO2 晶粒 ,且晶粒粒度较在纯水中生 成的有所 增 大 ; 而 在 中 性 反 应 介 质 中 ( 如 水 或 一 定 浓 度 的 KBr 水 溶 液) 生 成 的 主 要 是 γ- AlOO H和 c (t) - ZrO2 晶粒. 这与水热法制备纯 ZrO2 粉体的实验结果[11 ]是一致的.
水热法作为一种制备优质纳米陶瓷粉体的技术 ,近年来得到了较多的研究和较大的发 展[7 ] . 采用一定形式的化合物作为前驱物 ,经过水热反应可直接制得无团聚或少团聚 、结晶完 好 、晶面显露完整的晶粒. 已有一些水热法制备纳米复相陶瓷粉体的文献报道. Hirano[8 ]等人 采用水热晶化法 ,在 180 ℃温度下制备了含 CeO2 为 12 % —18 % (摩尔分数 ,全文同此) 的 CeO2 - ZrO2 复相粉体 ,并进行了相应的表征和烧结研究.
物相随前驱物中 Al2O3 摩尔分数的变化而改变 ,当前驱物中 Al2O3 摩尔分数相对较低时 ,生成
的 ZrO2 晶粒主要为立方/ 四方相 (因立方相 、四方相 ZrO2 晶粒衍射峰基本重叠 ,XRD 检测难
以区分 ,故均以立方/ 四方 (c/ t) ZrO2 表示 ;当前驱物中 Al2O3 摩尔分数相对较高时 (如 82 %) ,
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图 3 采用不同摩尔分数 Al2O3 前驱物经 200 ℃,24 h 水热反应制得的 AlOOH - ZrO2 粉体 TEM 照片 Fig. 3 TEM p hotograp hs of t he hydrot hermal AlOOH - ZrO2 composite powders
200050 .
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果 ;水热反应条件 ( 水 热 反 应 的 温 度 、反 应 时
关键词 氧化铝 ,氧化锆 ,复合粉体 ,水热法 ,灼烧处理 中图法分类号 PB 321
近年来 ,人们发现纳米复相陶瓷材料表现出较单相陶瓷材料有更好的耐高温 、抗腐蚀 、高 硬度和高韧性等特性. 如在氧化锆 - 氧化铝系统中 ,通过向 3 Y - TZP 内添加 40 %(质量分数) 的 Al2O3 ,经 1 450 ℃的 HIP 处理 ,制得了强度高达 3 000 M Pa 的复合陶瓷材料[1 ] ,有望作为一 种高韧性 、高强度的结构陶瓷材料得到实用化 ,已成为高性能陶瓷材料研究的一个热点. 优质 复合粉体是复相陶瓷材料制备的基础. 目前 ,物理混合法仍是制备复相陶瓷粉体的主要方法 , 所谓物理混合法是将两种及其以上具有一定粒度的单相陶瓷粉体在液相介质中进行机械混 合. 但是 ,这种方法难以制得理想分散状态的复相粉体 ,这给材料的成型与烧成造成了相当的 困难 ,影响了材料力学性能的提高. 为了改进复相陶瓷粉体的化学均相特性 ,人们尝试采用气 相混合物或含不同种类的阳离子的液相混合物作为前驱物制备复相粉体[2 ,3 ] ,如采用 CVD 法[4 ] 、溶胶 - 凝胶法[5 ]和液相共沉淀法[6 ]制备了 Al2O3 - ZrO2 复相粉体.
间) 、矿化剂种类与产物物相 、晶粒生长形态及
粒度之间的关系 ;研究了产物在灼烧处理过程
B
中物相 、晶粒形态及粒度的变化规律 ,以此作为
优化水热制备条件的实验基础.
1 实 验
B B
(d) 82 % Al2O3
B B
B
将一定浓度的 Al (NO3) 3 和 ZrOCl2 水溶液 按不同摩尔分数配比均匀混合 ,再加入适量的 碱溶液 ,即可得到 Al (O H) 3 - Zr (O H) 4 白色混 合胶体. 胶体经反复洗涤即可用作水热反应前 驱物.
物中铝化合物主要是 γ- AlOO H 而不是 α- Al2O3 . 仅当选用特定的有机溶剂作为反应介质 并在制备工艺过程严格控制水的引入时 ,方可直接制得 α- Al2O3 - ZrO2 复合粉体. 当前驱物 Al2O3 摩尔分数为 5 %时 ,XRD 已不能检测到产物中铝化合物的存在 (见图 1 a) . 产物中 ZrO2
晶粒粒度达到 400 nm 左右 ,这一数值与水热
Al2O3 molar fraction of t he used precursors Hydrot hermal reaction temperature : 200 ℃; Time :24 h
法制 得 的 纯 γ - AlOO H 晶 粒 粒 度 基 本 相
Z B
B
(c) 50 % Al2O3 Z
B
Z
B
Z
水热 制 备 反 应 在 反 应 腔 体 尺 寸 为
<30 mm ×430 mm的管式高压釜内进行. 选 用不同浓度的 KBr , KO H , NaO H , HAc 作为矿 化剂 ,水热反应温度范围为 200 —430 ℃,反应 时间为 8 —72 h 不等 (此处指恒温时间) .
Z
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日 本 理 学 , RAX - 10 ) 、红 外 光 谱 ( 美 国 ,
Nicolet - 7 199 C) 、透射电子显微镜 ( TEM ,日
本电子 ,J EM - 2 010) 及能谱分析 ( EDS ,英国 L IN K 公司 ,OXFORD ISIS) 、电子探针 (日本岛 津 , EPMA - 8 705 Q H2 ) 、差 热 及 热 重 分 析
(吉林大学无机合成与制备化学开放实验室)
(中国科学院上海硅酸盐研究所)