包覆型纳米颗粒复相陶瓷材料的制备及强化韧化机理研究

Proparation and Strongth-Toughoning Mochanlsms of Coated Nano-Particle Composite Coramic Materials

项目编号：59572010

青岛化工学院　候耀永、李理、张巨先等

　　九十年代初，日本NIIHARA首次报道了以纳米碳化硅颗粒为第二相的纳米复相陶瓷具有很高的力学性能，但其报道中对制备工艺的要点避而不提，因此至今为止要重复NIIHARA的实验结果仍然十分困难。在NIIHARA之后，美国、英国和我国科学家对这一课题都做过不少工作，但结果不尽一致。我们认为，陶瓷材料的纳米复合肯定是一种好的陶瓷强韧化途径，至于强度和韧性能有多大幅度的提高则与制备工艺有极大关系。因此，本项目的目标是：系统地、仔细地研究纳米复合陶瓷制备科学中的物理化学问题。力求从粉体分散、处理、成型、烧结等工艺过程中，找到一套好的适合纳米复合陶瓷的制备工艺。为纳米复合陶瓷的实用化打好实验技术基础。

●主要研究成果

　　以纳米复合粉体的制备、处理和纳米复相陶瓷的成型工艺为主，进行了基础性研究。在无团聚纳米粉体的制备、纳米粉体分散及表面包覆改性、复合粉体的高分散、均混合工艺，以及纳米复相陶瓷的凝胶注成型工艺等方面，取得了重要进展。为用普通的胶体化学方法制备纳米复相陶瓷积累了较系统的实验结果。为SIC和SI₃N₄粒子表面包覆 AL（OH）3改性层后，不仅表面胶体特性有了显著变化，且粉体在水悬浮液中分散性能得到极大改善。涂覆后SIC抗氧化性能提高了一倍以上；研制出MN和AN两种分散剂，使AL2O3、SIC、SI3N4等粉体在悬浮液中良好分散；制备出高分散、均混合复合粉体悬浮液；将gel casting引入本项目的纳米复相陶瓷成型，固相含量最高可达65VOL%，在纳米复相陶瓷的制备科学上摸出一条新的成型工艺路线；提出了“亚晶界、晶内张应力和晶界的强化共同作用导致断裂模式由沿晶到穿晶的转变”的强韧化机制。

　　通过本项目的研究工作，共发表学术论文21篇，参加国际会议两人次，获山东省自然科学优秀学术论文二等奖两项。已出版专著一部。培养硕士生2人，均已获得学位。项目组中有三位成员从中级职称进升为高级职称有两位青年教师已进入攻读博士学位阶段。

工程与材料科学部、国际合作局主办
数理科学部、化学科学部协办