纳米陶瓷的研究进展

纳米陶瓷是指晶界宽度、晶粒尺寸、缺陷尺寸和第二相分布都在纳米量级上的陶瓷材料,因其克服了传统陶瓷脆性较大的致命缺点,并在超塑性、铁电性能和力学性能等方面具有特殊的性能,而受到人们的广泛关注。综述了纳米陶瓷粉体的制备方法,包括物理合成与化学合成两种方式。物理合成方法消耗较大的能量且设备投资较大,因此纳米陶瓷粉体的制备以化学合成为主。在制备粉体的后期,还需通过加入分散剂和超声等方法来解决其团聚的问题。成型与烧结过程直接影响纳米陶瓷的性能。成型过程包括干法与湿法成型。干法成型简单易行,成体均匀,但容易引入杂质;而湿法成型能最大程度地减少杂质与团聚,但其工艺复杂、条件苛刻。烧结方法分无压烧结和压力烧结。在烧结过程中,如何将颗粒限制在纳米级别上成为各种技术需要攻克的难点。最后,阐述了纳米陶瓷的力学性能、铁电性能和超塑性,并简要介绍其在防护与涂层、生物医学材料和器具等方面的应用与创新。     

SPS烧结WC-5%Co纳米复合粉硬质合金

采用喷雾干燥、流态化床化学转化法生产的WC-5%Co纳米复合粉为原料,研究了放电等离子体烧结(SPS)对超细硬质合金显微结构和性能的影响,同时对SPS烧结、低压烧结、真空烧结等三种工艺进行了比较。结果表明:采用SPS烧结可以在较低的温度下实现超细硬质合金的固相烧结,使合金快速致密化,当1170℃保温6min、压力为50MPa时合金可以获得最好的力学性能;其显微硬度HV30、抗弯强度、断裂韧性分别为1870、3230MPa、10.96MPa/m1/2。低压烧结可促进颗粒在液相中重排,硬质合金压坯经8MPa、1410℃、保温45min烧结,也可以获得比较好的力学性能;而传统真空烧结,合金孔隙度比较高,晶粒不均匀,性能较差。     

配合-共沉淀法制备锑掺杂二氧化锡(ATO)粉

在充分回收含锡阳极泥有价金属的基础上,采用从锡锑二次资源中直接提取的高纯氯锡酸铵和氯氧锑为原料,合成了性能优良的纳米级锑掺杂二氧化锡(ATO)粉.针对液相共沉淀法制备ATO的过程中,锡和锑的水解不同步从而未能实现真正共沉淀掺杂的问题,以(NH4)2SnCl6和Sb4O5Cl2为原料,采用配合-共沉淀法,考察了反应过程中的pH、反应温度、掺锑浓度、煅烧温度、前驱体洗涤次数和分散剂种类等对ATO粒度和形貌的影响,确定了最优化条件,即:滴定终点pH=3,反应温度60℃,锑掺杂浓度10%(质量分数),热处理温度600℃,前驱体洗涤次数为6次,采用分散剂c,并进行了实验验证.     

表面活性剂对超声喷雾法制备的纳米羟基磷灰石粉体性能影响

在常温常压下,以硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料,分别将其作为钙与磷的先驱体,运用超声喷雾法特种工艺技术制备羟基磷灰石(HAP)纳米粉体。探讨在制备工艺过程中添加柠檬酸、甘氨酸、葡萄糖和TX-104种表面活性剂对制备的羟基磷灰石纳米粉体的分散性能、粒度、均匀性及形貌等的影响情况。结果表明,所有表面活性剂的加入对粉体的产物相没有影响,但对制备出的纳米羟基磷灰石粉体的分散效果均有一定的影响,在本反应体系中当甘氨酸适量加入时,对纳米羟基磷灰石粉体能起到很好的分散作用;而等量柠檬酸的加入反而加剧了纳米HAP颗粒的团聚。从扫描电镜照片看出,在未加活性剂时,HAP大多呈现椭圆的、30～40nm的颗粒;加入甘氨酸后,有利于HAP颗粒的细化与均匀,而葡萄糖与TX-10的加入则使粒度变大,并易造成局部团聚。并从物化基本原理出发初步探讨与解释上述表面活性剂对HAP产物所造成影响的原因。     

等离子体电弧法制备的带状纳米锌的表征

约束弧等离子体电弧法用等离子体高温热源激发高能粒子的化学反应,并与骤冷技术结合构成一个制备金属纳米粉体或化合物纳米粉末材料的等离子体过程,能极好地制备高溶点(例:Ni,Fe,C等)或低溶点(例:Al,Zn等)的纳米粉末,是当前极具工业化生产应用前景的方法之一。用约束弧等离子体电弧法制备了纳米Zn粉末,用XRD,TEM,TG,DTA技术研究了纳米Zn粉末的结构、晶粒大小、晶粒形貌和热稳定性。结果表明,该粉体平均粒径小于42 nm,晶粒形貌为带状,热稳定性好。此外该粉体具有高比表面积,可用作化学反应的催化剂。     

退火处理对铟锡氧化物粉末的影响

对两种不同比表面积(BET)的铟锡氧化物(ITO)纳米粉末进行退火处理,研究和比较了温度对两种粉末微观组织和结构的影响,并对这两种粉末烧结的靶材进行了比较。结果表明,在800～1500℃进行不同温度的退火处理后,在1200℃以上,两种比表面积的ITO粉末粒径增长显著,颗粒之间出现了相互合并和结合长大现象,而高BET粉末的粒径增加幅度比低BET粉末的更大;在1525℃烧结后,用高BET粉末烧成的靶材的晶粒和气孔尺寸更大,气孔数量也更多。     

锆钛酸铅95/5纳米粉体Sol-Gel法制备与改进

以醋酸铅、硝酸锆、钛酸丁酯为原料,改进溶胶-凝胶法,制备得到锆钛酸铅95/5纳米粉体.改进溶胶-凝胶法省去溶胶加水、凝胶干燥、干凝胶研磨等步骤,采用加热蒸馏溶胶制备凝胶,蒸馏回收溶剂并干燥凝胶,凝胶分段加热处理等方法,简化了加工工艺,大大缩短了合成周期,降低了成本.XRD和TEM分析表明,用改进sol-gel法制备得到的PZT粉体煅烧温度低、晶粒细小、均匀,直径约10nm.     

微波均相沉淀法制备Nd:YAG纳米粉体及其表征

以Al(NO3)3,Y(NO3)3为母盐,尿素为沉淀剂,添加占母盐质量为8%的(NH4)2SO4,以不同浓度的Nd3+取代Y3+,采用微波均相沉淀法制备了具有良好分散性和可烧结性、平均粒径为71nm的Nd:YAG纳米粉体。利用IR、DTA-TG、XRD、TEM、LD等技术对YAG前驱物及其煅烧粉体进行表征。结果表明:采用微波均相法,前驱体在1100℃下煅烧,可得到分散良好的纯YAG相,无YAP、YAM中间相出现,且YAG的单相程度不随Nd3+掺杂浓度的增加而变化。     

纳米铝粉晶化高温热学行为研究

通过拟合温度得到了纳米铝粉在环氧丙炳快速反应中的反应率，结果表明：先前的理论模型不适用纳米铝粉的低点火温度原因的解释。在爆炸激波管内采集到了纳米铝粉多隙氧化物的辐射谱，通过对所得光谱的拟合，得出其反应温度约为3100K，误差不足100K。由于在谱的背景上，同时观察到了Al和AlO的线，AlO的谱强度随入射激波传播速度增大而加强。反应致密产物的辐射比相同温度下钨带灯的辐射要强。     

化学沉淀法合成氧化锰纳米粉体

以乙酸锰(Mn(Ac)_2·4H_2O)、双氧水(H_2O_2)及氨水(NH_3·H_2O)为原料,通过水浴化学沉淀直接合成Mn_3O_4纳米粉体。采用XRD和SEM对样品成分和形貌进行表征,发现水浴温度80℃、原料物质的量比为1∶2∶2时合成的样品结晶完善,形状规则,尺寸均匀。双氧水用量较少时有异形结构生成;氨水不足会造成产物大小不均匀;水浴温度过高或过低都会造成产物形状不规则,粒径分布变宽。TG/DTA结果显示,样品在空气中升温时存在3次转变,分别在202℃、338℃附近生成了相似结构的Mn_3O_4,仅晶格尺寸发生变化;超过455℃生成了立方方铁锰矿的α-Mn_2O_3。对比产物在不同温度下煅烧后的XRD图谱和TEM照片,发现600℃煅烧生成的α-Mn_2O_3结晶完善,团聚较少,晶格尺寸(a=b=c=9.412?)接近标准值。