納米固體材料ppt課件-資料下載頁

　　

【正文】 使 顯 微 結構 均 勻 。 – HIP法施加 壓 力高，在 較 低 溫 度下即可 燒結 。 – 對氧 化 鋁 基 復 合材料而言，無 壓燒結溫 度 為1800 oC， 熱壓燒結 （ 20MPa） 溫 度 為 1500 oC，而 HIP燒結 （ 400MPa），在 1000 oC的 較 低 溫 度下就已致密化了。 反 應燒結 – 反 應燒結 （ reaction sintering， 簡稱 RS）是 將 陶瓷基體粉末和增強體 納 米粉末混合均 勻 ， 壓 制成型，經 高 溫 加 熱進 行 氮 化或 碳 化，反 應 生成陶瓷基體，從 而 獲 得陶瓷基 納 米 復 合材料的方法。 – 用 這種 方法可以制 備氮 化硅或 碳 化硅基 納 米 復 合材料。 ? 例如，以硅粉 為 原料，加入一定量的 SiCw，成型后，在 N2＋ H2的 氣 氛下 預氮 化 時 ，進 行機械加工，以 達 到所需尺寸。最后在 1350 oC 1450 oC氮 化 1836小 時 ，得到尺寸精密的 SiCw/Si3N4納 米 復 合材料。 微波 燒結 – 微波 燒結 的升 溫 速度快（ 500 oC/min），升 溫時間 短（ 約 2min），解 決 了普通 燒結方法不可避免的 納 米晶 異 常 長 大 問題 。 – 例如，采用微波 燒結 （ Microwave sintering， 簡稱 MS）可制 備 ZrO2/Al2O3納 米 復 合材料。化 學 共沉淀法 ZrO2－ Y2O3－ Al2O3納 米 復 合粉體 壓 制成型微波 燒 34分 鐘 ZrO2/Al2O3納 米 復 合材料（ 納 米－ 納 米型 復合）。 自蔓延高 溫 合成 – 自蔓延高 溫 合成法（ Self－ propagation High－ temperature Synthesis， SHS）：按配比混合原料成型點燃 試樣 一端反 應 放出大量的 熱試樣 其 它 部分 發 生反 應 反 應 完 畢 。 – 由于反 應產 物是多孔的，因此必 須經過 后 處 理。 – 比 較 方便的方法是在自蔓延高 溫 合成的同 時進 行加 壓 ，或者把自蔓延高 溫 合成的 產 物粉碎后在成型， 繼 而無 壓燒結 或 熱壓燒結 。 ? 例如，采用自蔓延高 溫 合成 TiCp/Al2O3納 米 復 合材料： ? （其中的 TiO2粉、 Al粉和石墨粉均 為納 米 級 ）。 2 2 33 4 3 3 2T iO A l C T iC A l O? ? ? ? ? 漿 體法 ? 液 態 浸 漬 法 ? 溶 膠 凝 膠 法 （ solgel） ? 聚合物 熱 解法 漿 體法 ? 為 了克服 熱壓燒結 中各材料 組 元，尤其是增強體材料 為納 米晶 須 和 纖維時 混合不均 勻 的 問題 ，可以采用 漿 體法制 備 陶瓷基 納 米 復 合材料。 ? 該 方法是把 納 米 級 第二相彌散到基體陶瓷的 漿料中，通 過調 整溶液 pH值 或超 聲 波 攪 拌改善彌散性，使各材料 組 元在 漿 體中呈彌散分布，彌散的混合 漿 體可直接 澆 注成型后 燒結 ，也可冷壓燒結 和 熱壓燒結 。 漿 體法工 藝 流程如 圖 42。 液 態 浸 漬 法 ? 液 態 浸 漬 法 與 液 態 高分子浸 漬 法和金 屬 滲透法類 似。 ? 陶瓷熔體的 溫 度很高，而且粘度通常很大， 這使得浸 漬預 制件相 當 困 難 。 ? 陶瓷熔體 與預 制件之 間極 可能 產 生化 學 反 應 。 ? 基體 與 增強體材料的 熱 膨 脹 系 數 必 須 接近，才可以 減 少因收 縮 不同而 產 生的 開 裂。 ? 采用液 態 浸 漬 法已成功地制 備 出 氧 化 鋁納 米 纖維 增強金 屬間 化合物（例如 Ni3Al） 納 米 復 合材料。 溶 膠 凝 膠 法（ solgel） ? 將 基體 組 元形成溶 膠 ； ? 然后加入增強體 組 元，即 納 米 級 第二相（如 納米 顆 粒、晶 須 、 纖維 或晶 種 ）， 經攪 拌使其在液相中均 勻 分布； ? 當 基體 組 元形成凝 膠 后， 這 些增強 組 元 則穩 定地均 勻 分布在基體材料中； ? 經 干燥或一定 溫 度 熱處 理，然后 壓 制、 燒結 ，即可形成 納 米 復 合材料。 ? 例如，在 SiO2－ Al2O3凝 膠 中加入莫 來 石 納 米晶 種 ， 經燒結 后陶瓷中 會 出 現長徑 比 10:1的莫來 石晶 須 ，使其力 學 性能得到提高。 聚合物 熱 解法 ? 聚合物 熱 解法主要用于制 備 非 氧 化物陶瓷基 復合材料。目前主要以 氮 化物、 碳 化物系陶瓷基體 為 主。 ? 裂解 溫 度 較 低，一般低于 1300 oC，無 壓燒 成，設備較簡單 ，可避免 納 米增強體 與 陶瓷基體 間的化 學 反 應 ，可制 備復雜 形 狀 的制品。 ? 最常用的聚合物是有機硅高聚物， 經 直接高 溫分解 并 高 溫燒結 后，可制得 SiC或 Si3N4單 相陶瓷基或由 SiC和 Si3N4組 成的多相陶瓷基 納米 復 合材料。 為 了解 決氣 孔率高的 問題 ，可以采用“ 熱 解＋ 熱壓 ”的方法。 氣 相法 ? 氣 相法主要有：化 學氣 相沉 積 法（ Chemical Vapor Deposition， CVD）和化 學氣 相浸 漬 法（ chemical vapor infiltration， CVI）。 ? CVD是使反 應 物 氣 體在加 熱 的增強相 預 制體中 進 行化 學反 應 ，基體生成物沉 積 在增強相表面， 從 而形成陶瓷基復 合材料。 ? CVD法的 優 點：生成物基體的 純 度高， 顆 粒尺寸容易控制，可 獲 得 優 良的高 溫 機械性能，特 別 適用于制 備 高熔點的 氮 化物、 碳 化物、硼化物系陶瓷基 納 米 復 合材料。 ? 例如，以 SiCl C4H10和 Ar氣 作 為 沉 積氣 相，在 納 米增強相 預 制體的 間 隙中沉 積 出 SiC。 ? 原位 復 合法 – 在陶瓷基 納 米 復 合材料制 備時 ，利用化 學 反 應 生成增強體 —納 米 顆 粒、晶 須 、 纖維 等 來 增強陶瓷基體的工 藝過 程 稱 之 為 原位 復 合法。 – 該 方法 關鍵 ：在陶瓷基體中均 勻 加入可生成 納 米第二相的元素或化合物，使其在陶瓷基體致密化 過 程中，在原位同 時 生 長 出 納 米 顆 粒、晶 須 和 纖維 等，形成陶瓷基 納 米 復 合材料。 – 也可以利用某些晶相生 長 成高 長徑 比的 習 性，控制燒結 工 藝 ，使基體中生 長 出高 長徑 比晶體，形成陶瓷基 復 合材料。 – 該 方法的 優 點：利于制作形 狀復雜 的 結構 件，成本低，避免人體 與 晶 須 等的直接接 觸 ， 減輕環 境 污 染。