α-Al2O3納米顆粒的低溫制備與其燒結(jié)特性的研究.pdf

1、氧化鋁陶瓷由于具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、抗磨損、耐腐蝕、高絕緣性和低介電損耗等獨(dú)特的物理化學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用于高溫材料、復(fù)合材料、電子器件、航空光源器件等領(lǐng)域。然而，氧化鋁陶瓷的脆性是其目前存在的最主要的缺陷，陶瓷的脆性不僅增加了機(jī)械加工的難度，而且限制了其在工業(yè)領(lǐng)域更為廣泛的應(yīng)用。已有研究結(jié)果表明，細(xì)晶納米陶瓷（如晶粒尺寸為8 nm的GaF2和TiO2納米晶陶瓷）在低溫下表現(xiàn)出很大的延展性，這為解決氧化鋁陶瓷的脆性問(wèn)題提供了一條可能

2、的途徑。本工作的研究思路是制備出具有優(yōu)良燒結(jié)活性的（完全分散的、顆粒細(xì)小的、等軸、純相的）α-Al2O3納米顆粒并制成生坯，選擇合適的燒結(jié)方法對(duì)生坯進(jìn)行燒結(jié)獲得致密的細(xì)晶α-Al2O3納米晶陶瓷，期待其具有優(yōu)異的機(jī)械性能。
　　論文中，我們以大含量的α-Fe2O3作輔助相（同時(shí)充當(dāng)晶種和隔離相）的方法，成功地在低溫下制備出尺寸細(xì)小的α-Al2O3納米顆粒，并有效地解決了制備過(guò)程中一直存在的顆粒團(tuán)聚的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)中，首先通過(guò)非均相沉淀

3、法制備出了完全分散的、平均顆粒尺寸為10 nm的α-Al2O3納米顆粒。但是通過(guò)該方法制備出的α-Al2O3顆粒尺寸分布較寬（2-36 nm）、Fe雜質(zhì)含量較高，因此，我們采用均相沉淀法對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改善，通過(guò)選擇合適的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，在有效避免顆粒團(tuán)聚的基礎(chǔ)上制備出了尺寸分布窄、純度高的α-Al2O3納米顆粒，其平均顆粒尺寸為9 nm、尺寸分布為2-27 nm，并且顆粒形貌良好，產(chǎn)率高。這不僅實(shí)現(xiàn)了初期制備性能良好的α-Al2O3納米顆粒的實(shí)驗(yàn)

4、目標(biāo)，同時(shí)也為下一步制備高致密度的細(xì)晶α-Al2O3納米晶陶瓷做好了準(zhǔn)備。
　　對(duì)均相沉淀法制備的α-Al2O3納米顆粒（平均顆粒尺寸為9 nm、尺寸分布為2-27 nm）進(jìn)行燒結(jié)特性研究，研究結(jié)果表明，陶瓷的快速致密化和晶粒的迅速長(zhǎng)大發(fā)生在不同的溫度區(qū)間，這為在氧化鋁陶瓷致密化的過(guò)程中抑制晶粒長(zhǎng)大提供了理論依據(jù)。我們采用兩步燒結(jié)法進(jìn)行α-Al2O3納米晶陶瓷的制備實(shí)驗(yàn)（首先在較高溫度處進(jìn)行燒結(jié)獲得一較高的中間致密度，然后在較低溫