《纳米复合材料》PPT课件.ppt

陶瓷基纳米复合材料制备 (3) 微波烧结(MS) 例如采用微波烧结可制备ZrO2／Al2O3纳米复合材料。 首先制备陶瓷纳米粉体：ZrO2·Y2O3—A12O3，纳米复合粉体采用化学共沉淀法制备：ZrOCl2·8H2O水溶液+YCl3水溶液+AlCl3水溶液混合一滴人氨水(pH=9-10)一共沉淀出Zr(OH)4-8Y(OH)3-3Al(OH)3混合物600℃煅烧1h，得到纳米复合粉料。经压制成型后，在微波烧结炉中烧结3—4min，微波功率为200kW，微波频率为28GHz，微波波长与腔体体积之比为1：100。即可获得ZrO2／Al2O3纳米复合材料。该复合材料属纳米-纳米型。 ( 4) 自蔓延高温合成(SHS) 自蔓延高温合成法是按反应方程式的配比混合原料，经成型后，点燃试样一端，由于反应放出大量的热，使试样其他部分也发生反应，直到反应完毕为止。 例如采用自蔓延高温合成法可以制备TiCp／Al2O3纳米复合材料。 以TiO2粉、Al粉、石墨粉(均为纳米级)为原料，按化学反应方程式进行配料，经混合、均化、成型后，在隋性气体保护下，用电热线圈点燃块体一端，点燃后切断电源。 被点燃的纳米粉末发生反应，该反应能放出大量的热，足以维持块体其他部分的粉体继续反应，直至蔓延完毕。 ( 4) 自蔓延高温合成(SHS) 自蔓延高温合成产物是多孔状的，必须经过后处理。 比较方便的方法是在自蔓延高温合成的同时，进行加压 (类似于反应热压法)。或者把自蔓延高温合成的产物粉碎后再成型，继而无压烧结。也可采用SHS合成的粉末，再热压烧结。 自蔓延高温合成的粉末粒度很细(100-500nm)，团聚的粉末通过球磨较容易分散，而且粉末中含有少量的游离C，使得在高于1850℃时出现低共熔液相，因此在无需添加剂时，就可无压烧结而成，烧结温度为1875-1950℃。 液相制备复合纳米陶瓷 为了克服热压烧结中各材料组元，尤其是增强体材料为纳米晶须和纤维时混合不均匀的问题，可以采用浆体法制备陶瓷基纳米复合材料。 (1)浆体法 浆体法该方法是把纳米级第二相弥散到基体陶瓷的浆体中，为了使各材料组元在浆体中保持散凝状，即在浆体中呈弥散分布，可通过调整溶液的pH值和超声波搅拌来改善弥散性。弥散的混合浆体可直接浇注成型后烧结，也可以冷压烧结和热压烧结。 直接浇注成型所制备的陶瓷基纳米复合材料机械性能较差，因为孔隙太多，因此一般不用于生产性能要求较高的陶瓷基纳米复合材料。对于纳米级的颗粒、晶须、纤维增强的陶瓷基纳米复合材料，采用湿法混料、热压烧结工艺，可以制备出纳米级第二相弥散分布的陶瓷基纳米复合材料。 （2） 液态浸渍法 由任何形式的增强体材料(纳米级颗粒、晶须、纤维等)制成的预制体都具有网络孔隙。由于毛细作用，陶瓷熔体可渗入这些孔隙。施加压力或抽真空将有利于浸渍过程。 已成功地制备出氧化铝纳米纤维增强金属间化合物(例如Ni3Al)纳米复合材料。液态浸渍工艺一般可获得密实的基体，但由于陶瓷的熔点较高，熔体与增强体材料之间极可能产生化学反应。陶瓷熔体的粘度比金属的高，对预制件的浸渍相对困难些。基体与增强体材料的热膨胀系数必须接近，才可以减少因收缩不同产生的开裂。 采用液态浸渍法制备陶瓷基纳米复合材料时,化学反应性、熔体的粘度、熔体对增强材料的浸润性是首先要考虑的问题这些因素,它们直接影响陶瓷基纳米复合材料的性能。 （3）用溶胶—凝胶法制备复合材料 将基体组元形成溶液或溶胶，然后加入增强体材料组元(纳米级复合材料加入纳米级第二相：纳米颗粒、晶须、纤维或晶种)，经搅拌使其在液相中均匀分布。当基体组元形成凝胶后，这些增强组元则稳定地均匀分布在基体材料中。经干燥或一定温度热处理，然后压制、烧结，即可形成复合材料。 溶胶—凝胶法的优点是基体成分易控制，复合材料的均匀性好，加工温度较低。 相对于浆体法，其缺点是制备的复合材料收缩率大，导致基体常发生开裂。为了增加致密性，一般都反复多次浸渍。 （4）聚合物热解法 聚合物热解法主要用于制备非氧化物陶瓷基复合材料。目前主要以氮化物、碳化物系陶瓷基体为主。 这种方法的特点是： 可充分利用聚合物现有成型技术； 可以对纳米第二相先驱体进行分子设计，制备所期望的单相或多相陶瓷基体； 其裂解温度较低(<1300℃)，无压烧结，因而设备较简单， 可避免纳米增强相与陶瓷基体间的化学反应； 可仿形制造复杂形状的制品。 该方法的主要不足之处是：致密周期较长，制品的孔隙率较高(15％-30％)，基体在高温裂解过程中收缩率较大，容易产生裂纹和气孔。 （4）聚合物热解法 最常用的聚合物是有机硅高聚物，如含碳和硅的聚碳硅烷成型后，经直接高温分解并高温烧结后，可制得SiC或Si3N4单相