【技術實現步驟摘要】
本技術方案涉及陶瓷材料的增強工藝，特別是一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法。該方案旨在解決現有技術中存在的納米材料分散性差、高成本、處理工藝復雜性以及納米材料長期穩定性等問題。
技術介紹
1、在現有的陶瓷增強技術中，納米材料作為增強劑廣泛應用于陶瓷基體中，以提升其力學性能、耐磨性和熱穩定性。常用的納米增強材料包括納米硅(sio2)、納米鋁(al2o3)、納米碳材料(如碳納米管、石墨烯)等。這些納米材料通常通過濕法混合、干法混合、溶膠-凝膠法或化學氣相沉積(cvd)等工藝均勻分散在陶瓷基體中，并通過熱壓成型或燒結工藝制備出高性能陶瓷材料。這些陶瓷材料在航空航天、汽車工業、電子元件、刀具制造等領域得到了廣泛應用，特別是在高強度、高溫和高耐磨要求的應用中，納米增強陶瓷表現出優異的性能。盡管現有技術在納米材料增強陶瓷方面取得了顯著進展，但仍存在一些客觀缺點亟待解決。首先，納米材料在陶瓷基體中的均勻分散性較差，易出現顆粒團聚或沉淀，導致材料性能不均勻，進而影響其整體力學性能。其次，納米材料的制備和處理工藝復雜且成本較高，限制了其在大規模生產中的應用。此外，納米材料與陶瓷基體之間的界面結合力不足，也影響了增強效果，導致材料在長期使用中的穩定性下降。最后，納米材料在生產和處理過程中可能產生對環境和健康有害的副產物，增加了環保和安全管理的難度。
2、針對現有技術的不足，本技術方案提出了一種新的陶瓷增強工藝和制備方法。通過改性納米材料的引入和優化分散工藝，顯著提升陶瓷的強度、硬度、耐磨性和熱穩定性，進一步通過優化
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本說明書提供了一種新的陶瓷增強工藝和制備方法，通過改性納米材料的引入和優化分散工藝，顯著提升陶瓷性能，且能夠同時通過優化生產工藝和材料選擇，降低制備成本。最后采取環保措施，提高生產過程的安全性和可持續性。
2、本說明書實施例提供以下技術方案：
3、一種一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法，包括：
4、步驟1、選擇納米材料并對其進行表面改性處理：在保護氣氛下，將納米材料與改性劑相混合，在cvd裝置中750-1000℃下進行反應，得到改性納米材料。
5、進一步地，所述納米材料包括納米氮化硼(bn)、納米氧化鋯(zro2)和納米碳化硅(sic)中的一種或幾種；所述保護氣氛包括但不限于氮氣、氫氣；所述改性劑包括但不限于氨基硅烷、氨基乙基磺酸鹽、氮化硅涂層等。
6、步驟2、稱取步驟1中制備的改性納米材料10-20克，將其分散在200-1000ml的去離子水或乙醇溶液中，然后，加入適量的表面活性劑，如聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，其添加量為納米材料質量的0.5-2％(即0.05-0.4克)，得到分散液。這里所述的去離子水或乙醇溶液，選擇的原則為根據納米材料的化學特性確定使用何種溶劑，如納米sic可使用乙醇，而納米zro2適合使用去離子水。繼續將分散溶液置于超聲波分散儀中進行分散處理。分散處理后，將分散液進行離心處理，將離心后的上清液烘干，得到納米材料粉末。
7、進一步地，所述超聲波分散儀中進行分散處理的工藝為將制備好的分散溶液置于超聲波分散儀中，采用頻率為20-40khz的超聲波進行分散。分散時間控制在30-60分鐘。在超聲波作用下，液體中產生的空化作用會形成大量微小氣泡，這些氣泡在瞬間破裂時產生的沖擊波能夠有效破壞納米顆粒的團聚現象，使其在溶液中均勻分布。
8、進一步地，所述超聲波分散處理后的離心處理操作，目的為去除可能殘留的較大顆粒或雜質。離心處理操作時選取離心參數為3000-5000rpm，時間為10-15分鐘。離心后，取上清液進行烘干處理，溫度控制在60-80℃之間。
9、步驟3、為了確保陶瓷基體材料在與納米材料混合前具有均勻的粒度分布和優良的混合性能，本技術方案對陶瓷基體材料進行了預處理。該預處理過程包括粉碎、篩分、以及機械混合器的均質化處理，確保預處理后材料的粒度分布均勻。將塊狀或大顆粒的陶瓷基體材料進行初步粉碎，使用球磨機或研磨機將初步粉碎的陶瓷基體材料粉體粒徑控制在2-5μm范圍內。經過初步粉碎后的陶瓷基體材料粉體可能包含少量的過大或過小顆粒，因此繼續進行篩分處理。篩分后的陶瓷基體材料粉體通過機械混合器進行均質化處理，以確保顆粒分布的均勻性。
10、進一步地，所述篩分處理工藝使用200目(75μm)和325目(45μm)的篩網將陶瓷基體材料粉體進行分級，取200目(75μm)至325目(45μm)間的陶瓷基體材料粉體。
11、進一步地，所述均質化處理工藝中，機械混合器的轉速設定在100-300rpm之間，混合時間為30-60分鐘。
12、步驟4、為了實現改性后的納米材料與預處理后的陶瓷基體材料的均勻分散，本技術方案采用濕法混合工藝。濕法混合工藝目的為通過將兩種材料在液態介質中混合，并通過球磨機的高效攪拌作用，使納米材料均勻分布在陶瓷基體中。稱取改性后的納米材料和預處理后的陶瓷基體材料，按1:9至1:4的質量比例混合，并添加乙醇作為分散介質，液固比控制在3:1至5:1之間，即乙醇的加入量為陶瓷基體材料質量的3至5倍，然后進行球磨混合，得到混合漿料。繼續將制備好的混合漿料倒入行星球磨機的球磨罐中，加入適量的氧化鋯球作為研磨介質進行球磨混合。這里控制研磨介質的加入量為固體質量的50-70％，設定球磨機的轉速為400-600rpm，混合時間為2-4小時。在球磨過程結束后，取出少量漿料進行檢測，觀察顆粒分布情況。將檢測合格的漿料需通過噴霧干燥或真空冷凍干燥將液體部分去除，得到固態的復合粉體。
13、進一步地，所述球磨混合制備混合漿料的工藝中，球磨機的轉速控制在200-300rpm之間，球磨時間為2-4小時。為進一步提高均勻性，必要時可在混合過程中加入少量的溶劑，如乙醇或水，以減少粉體的摩擦，確保納米材料在陶瓷基體中的均勻分散。
14、進一步地，所述顆粒分布情況的觀察方法為使用動態光散射儀(dls)或激光粒度分析儀對混合物中的顆粒分布情況進行測定。理想情況下，納米材料應均勻分散在陶瓷基體中，無明顯團聚現象。漿料的zeta電位控制在±30mv以上，以保證良好的穩定性。
15、步驟5、選擇適當的熱壓成型模具基于熱壓成型工藝將步驟4中得到的復合陶瓷粉體壓制成坯，得到熱壓成型的陶瓷坯體。熱壓成型模具的內壁需經過精密加工并涂覆脫模劑(如石墨或氮化硼涂層)以降低成型過程中的摩擦力和粘附力，從而確保陶瓷坯體的表面質量和脫模順利。
16、進一步地、所述熱壓成型工藝中，需要將步驟4中得到的固態的復合粉體均勻裝填到模具中。裝填過程中需要確保固態的復合粉體密度均勻分布，以避免氣孔或裂紋的產生。為提高裝填效果，可以在裝填過程中施本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法，其特征在于，步驟1中所述納米材料包括但不限于納米氮化硼(BN)、納米氧化鋯(ZrO2)和納米碳化硅(SiC)中的一種或幾種，所述保護氣氛包括但不限于氮氣、氫氣；所述改性劑包括但不限于氨基硅烷、氨基乙基磺酸鹽、氮化硅中的一種或幾種。所述一定溫度范圍是指在700-1000℃內，根據所用納米材料進行選擇。
3.根據權利要求1所述的一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法，其特征在于，步驟2中所述的分散溶液，其配置方法具體為取10-20克的納米材料分散在200-1000mL的去離子水或乙醇溶液中，根據納米材料的化學特性選擇溶劑，繼續加入濃度為納米材料質量的0.5-2％的表面活性劑，即得到分散溶液。
4.根據權利要求1所述的一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法，其特征在于，步驟2中所述的超聲波分散處理方法，其操作具體為采用20-40kHz的超聲波進行分散，分
5.根據權利要求1步驟3所述的陶瓷基體材料預處理方法，其特征在于，權利要求1步驟3中所述陶瓷基體材料包括但不限于氧化鋁、氧化鋯中的一種或幾種。步驟3中所述預處理過程中的粉碎操作，實現方法為使用球磨機球磨處理陶瓷基體材料，將球磨后的陶瓷基體材料粒徑控制在2-5微米之間。步驟3中所述的篩分操作，實現方法為使用200目和325目的篩網，將粉碎操作后得到的陶瓷基體材料粉體進行分級，取200目(75μm)至325目(45μm)間的陶瓷基體材料粉體。步驟3中所述的均質化處理參數具體為，機械混合器的轉速設定在100-300rpm之間，混合時間為30-60分鐘。
6.根據權利要求1步驟4所述的濕法混合工藝，其特征在于，步驟4中所述的混合漿料，配置方法為將步驟2中改性后的納米材料和步驟3中預處理后的陶瓷基體材料按1:9-1:4的質量比例進行混合，添加乙醇作為分散介質，液固比控制在3:1到5:1之間。
7.步驟4中所述的研磨操作具體為，研磨介質的加入量控制為固體質量的50-70％；球磨機轉速設置為400-600rpm，混合時間控制在2-4小時。步驟4中所述的陶瓷漿料干燥處理方法，采用噴霧干燥或冷凍干燥技術。
8.根據權利要求1步驟5所述的熱壓成型工藝，其特征在于，步驟5中所述熱壓成型的模具使用硬質合金模具，內壁涂覆脫模劑。進一步的，設定熱壓成型操作壓力范圍為20-50MPa，溫度范圍為1200-1600℃，保溫時間設定為30-60分鐘，升溫速率通常設定為10-20℃/min。
9.根據權利要求1步驟6中所述的燒結后處理工藝，其特征在于，步驟6中所述的降溫操作，為自然散熱降至室溫后結束降溫。步驟6中所述的保護氣氛，包括但不限于氬氣、氮氣等。
...【技術特征摘要】
1.一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法，其特征在于，步驟1中所述納米材料包括但不限于納米氮化硼(bn)、納米氧化鋯(zro2)和納米碳化硅(sic)中的一種或幾種，所述保護氣氛包括但不限于氮氣、氫氣；所述改性劑包括但不限于氨基硅烷、氨基乙基磺酸鹽、氮化硅中的一種或幾種。所述一定溫度范圍是指在700-1000℃內，根據所用納米材料進行選擇。
3.根據權利要求1所述的一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法，其特征在于，步驟2中所述的分散溶液，其配置方法具體為取10-20克的納米材料分散在200-1000ml的去離子水或乙醇溶液中，根據納米材料的化學特性選擇溶劑，繼續加入濃度為納米材料質量的0.5-2％的表面活性劑，即得到分散溶液。
4.根據權利要求1所述的一種基于納米材料的陶瓷增強工藝及納米材料增強陶瓷制備方法，其特征在于，步驟2中所述的超聲波分散處理方法，其操作具體為采用20-40khz的超聲波進行分散，分散時間控制在30-60分鐘。步驟2中所述的離心技術，其操作具體為在離心機中3000-5000rpm進行離心，時間為10-15分鐘。步驟2中所述的烘干技術，其具體操作為，溫度控制在60-80℃。
5.根據權利要求1步驟3所述的陶瓷基體材料預處理方法，其特征在于，權利要求1步驟3中所述陶瓷基體材料包括但不限于氧化鋁、氧化鋯中的一種或幾種。步驟...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬毓，李宜彬，林楓，朱震庭，張恩爽，徐惠彬，
申請(專利權)人：天目山實驗室，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。