一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法
【專利摘要】一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法，步驟如下：1）將氧化鋯、氧化鋁和二氧化鈦晶須顆粒狀中加入無水乙醇濕法球磨，烘干后與聚乙烯醇溶液混合，加入氧化釔和磷酸鑭混合均勻，干燥后真空高溫下熱固成型，將制得納米黑瓷材料研磨成粉末；2）將SiC和BN顆粒狀原料加入無水乙醇濕法球磨，烘干后與上述納米黑瓷材料粉末混合均勻，裝在石墨模具中放入熱壓爐中在真空高溫下進行二次燒結，保溫后即可制得高韌性納米黑瓷材料。本發明的優點是：該制備方法采用原位合成，添加氧化釔為穩定劑，既能細化顆粒，又可以降低燒結溫度，工藝簡單、易于操作、成本低，制備的納米黑瓷材料韌性高、抗熱震性強，可取代金屬用于太陽能集熱板。
【專利說明】一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及納米黑瓷材料，特別是一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]傳統的太陽能集熱器，用金屬做集熱板，金屬易被腐蝕、生銹，因而壽命僅幾年且成本較高。新型的太陽能陶瓷集熱器以其不透水、不滲水、不老化、不腐蝕等優點被廣大消費者看好，但一般的陶瓷集熱器熱基板韌性較低、抗熱震性差、不易加工、熱傳導性較差，這些缺點限制了其 在市場的廣泛推廣。因此，制造高韌性，抗震熱性好且導熱性好的太陽能陶瓷集熱板，這必然是太陽能集熱器的一次重大的革命。
利用納米技術開發的納米陶瓷材料，其在強度、韌性即導熱性都有大幅度的提高，克服了工程陶瓷的許多不足，并對材料的力學、電學、熱學等性能產生重要影響。以納米陶瓷材料為基體，添加釩鈦尾渣做成的納米黑瓷不僅使其吸熱性能提高，再添加氧化鋯二氧化鈦，碳化硅，氮化硼等顆粒，在一定的實驗條件下燒結而成的復合納米黑瓷材料在韌性，抗熱震性上都有很大的突破。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對傳統納米陶瓷材料在韌性方面的不足之處，提供一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法，該方法工藝簡單、易于操作、成本低，制備的納米黑瓷材料韌性高、抗熱震性強，可以取代金屬用于太陽能集熱板，有利于太陽能加熱器的大規模生產。
[0004]本發明的技術方案:
一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法，步驟如下:
1)將氧化鋯、氧化鋁和二氧化鈦晶須顆粒狀固體原料置于球磨罐中，加入無水乙醇后用A1203球濕法球磨24 h，烘干后將得到的粉末狀混合物與聚乙烯醇(PVA)溶液混合，干燥、研磨成粉末后，均勻的分散到納米陶瓷材料中，同時加入氧化釔和磷酸鑭并混合均勻，干燥后在真空度為100Pa、800-1000°C條件下熱固成型，將制得納米黑瓷材料研磨成粉末備用；
2)將SiC和BN顆粒狀原料放入容器中，加入無水乙醇混合后用A1203球濕法球磨24h，烘干后將得到的粉末狀混合物與上述納米黑瓷材料粉末混合均勻，裝在涂有BN的石墨模具中，放入熱壓爐中在真空度為100Pa、1000-1200°C條件下進行二次燒結，在壓力為23Mpa下保溫2h，即可制得高韌性納米黑瓷材料。
[0005]所述氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦晶須的質量百分比為55-70%、10-15%、二氧化鈦晶須為余量，固體原料總量與無水乙醇的用量比為Ig =IOmL ;粉末狀混合物與聚乙烯醇(PVA)溶液的體積比為1:1 ;固體原料總量與氧化釔和磷酸鑭的質量比為10:0.5:0.5。
[0006]所述SiC和BN的體積百分比為80 %:20%，顆粒狀原料總量與無水乙醇的用量比為 Ig:10mL。
[0007]所述顆粒狀原料總量與納米黑瓷材料粉末的質量比為1:0.5-1。[0008]本發明的優點和有益成果:該制備方法采用原位合成，添加氧化釔為穩定劑，既能細化顆粒，又可以降低燒結溫度，工藝簡單、易于操作、成本低，制備的納米黑瓷材料韌性高、抗熱震性強，可以取代金屬用于太陽能集熱板，有利于太陽能加熱器的大規模生產。
具體實施方案
[0009]實施例1:
一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法，步驟如下:
1)將3.5g氧化鋯、0.5g氧化鋁和Ig 二氧化鈦晶須顆粒狀固體原料置于球磨罐中，加入50mL無水乙醇后用A1203球濕法球磨24 h，烘干后將得到的粉末狀混合物與聚乙烯醇(PVA)溶液按體積比為1:1混合，干燥、研磨成粉末后，均勻的分散到納米陶瓷材料中，同時加入2.5g氧化釔和2.5g磷酸鑭并混合均勻，干燥后在真空度為100Pa、1000°C條件下熱固成型，將制得納米黑瓷材料研磨成粉末備用；
2)將8gSiC和2g BN顆粒狀原料放入容器中，加入IOOmL無水乙醇混合后用A1203球濕法球磨24h，真空烘干12h后將得到的粉末狀混合物與上述納米黑瓷材料粉末混合均勻，裝在涂有BN的石墨模具中，放入熱壓爐中在真空度為100Pa、1000°C條件下進行二次燒結，在壓力為23Mpa下保溫2h，即可制得高韌性納米黑瓷材料。
[0010]通過電子顯微鏡觀察制得的高韌性納米黑瓷材料，與普通瓷器碎片比較，該瓷片碎片的斷面上少了很多小孔洞、細微的傷痕、裂紋、氣孔和夾雜物，且組成陶器的顆粒更細密，表明其韌性明顯提高了，彎曲程度、硬度也比一般的陶瓷高。
[0011]實施例2:
一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法，步驟如下:
1)將5.5g氧化鋯、1.5g氧化鋁和3g 二氧化鈦晶須顆粒狀固體原料置于球磨罐中，加入1OOmL無水乙醇后用A1203球濕法球磨24 h，烘干后將得到的粉末狀混合物與聚乙烯醇(PVA)溶液按體積比為1:1混合，然后在真空干燥箱中干燥12h，研磨成粉末后，均勻的分散到納米陶瓷材料中，同時加入5g氧化釔和5g磷酸鑭并混合均勻，干燥后在真空度為100Pa、800°C條件下熱固成型，將制得納米黑瓷材料研磨成粉末備用；
2)將8gSiC和2g BN顆粒狀原料放入容器中，加入1OOmL無水乙醇混合后用A1203球濕法球磨24h，氮氣烘干12h后將得到的粉末狀混合物與上述納米黑瓷材料粉末混合均勻，裝在涂有BN的石墨模具中，放入熱壓爐中在真空度為100Pa、1000°C條件下進行二次燒結，在壓力為23Mpa下保溫2h，即可制得高韌性納米黑瓷材料。
[0012]通過電子顯微鏡觀察制得的高韌性納米黑瓷材料，與普通瓷器碎片比較，該瓷片碎片的斷面上細微的傷痕、裂紋、氣孔和夾雜物都不太明顯，晶體結構方面的缺陷如空位、位錯都有減少，這些特征表明納米黑瓷的結構更加緊密，韌性進一步得到提高。
[0013]實施例3:
一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法，步驟與實施例2基本相同，不同之處在于步驟O中熱固成型的條件為真空度lOOPa、溫度1000°C。
[0014]通過電子顯微鏡觀察制得的高韌性納米黑瓷材料，由于溫度的提高，電子顯微鏡下瓷片碎片的斷面與實施例2比較，小孔洞少了好多。
[0015]實施例4:一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法，步驟與實施例2基本相同，不同之處在于步驟O中熱固成型的條件為真空度lOOPa、溫度1000°C，步驟2)中二次燒結的條件為真空度lOOPa、溫度 1200°C。
[0016]通過電子顯微鏡觀察制得的高韌 性納米黑瓷材料，由于溫度的提高，電子顯微鏡下瓷片碎片的斷面與實施例3比較，小孔洞幾乎沒有，而且沒有上面實施例中顯示的輕微塌陷；同時彎曲程度也有提高。可以看出，實施例4的方法在韌性，彎曲程度，硬度都是最好的。
【權利要求】
1.一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法，其特征在于步驟如下: 1)將氧化鋯、氧化鋁和二氧化鈦晶須顆粒狀固體原料置于球磨罐中，加入無水乙醇后用A1203球濕法球磨24 h，烘干后將得到的粉末狀混合物與聚乙烯醇溶液混合，干燥、研磨成粉末后，均勻的分散到納米陶瓷材料中，同時加入氧化釔和磷酸鑭并混合均勻，干燥后在真空度為100Pa、800-1000°C條件下熱固成型，將制得納米黑瓷材料研磨成粉末備用； 2)將SiC和BN顆粒狀原料放入容器中，加入無水乙醇混合后用A1203球濕法球磨24h，烘干后將得到的粉末狀混合物與上述納米黑瓷材料粉末混合均勻，裝在涂有BN的石墨模具中，放入熱壓爐中在真空度為100Pa、1000-1200°C條件下進行二次燒結，在壓力為23Mpa下保溫2h，即可制得高韌性納米黑瓷材料。
2.根據權利要求1所述高韌性納米黑瓷材料的制備方法，其特征在于:所述氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦晶須的質量百分比為55-70%、10-15%、二氧化鈦晶須為余量，固體原料總量與無水乙醇的用量比為Ig =10mL ;粉末狀混合物與聚乙烯醇(PVA)溶液的體積比為1:1 ;固體原料總量與氧化釔和磷酸鑭的質量比為10:0.5:0.5。
3.根據權利要求1所述高韌性納米黑瓷材料的制備方法，其特征在于:所述SiC和BN的體積百分比為80 %:20%，顆粒狀原料總量與無水乙醇的用量比為lg:10mL。
4.根據權利要求1所述高韌性納米黑瓷材料的制備方法，其特征在于:所述顆粒狀原料總量與納米黑瓷材料粉末的質量比為1:0.5-1。
【文檔編號】C04B35/575GK103922744SQ201410094171
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】魏臻, 張志梅, 劉學文, 張岷, 郭富, 張洪濤, 劉京亮, 魏少帥, 湯志欽 申請人:天津理工大學