高性能新型陶瓷材料的制备与研究

摘要：高性能陶瓷材料的使用温度一般为1400~1500℃，超高温的材料能够达到1800℃以上，主要包含过渡金属的硼化物、碳化物以及石墨、氮化硼等。高温陶瓷材料主要的优势是熔点较高，具备超高温耐腐蚀性及超高温稳定性，在国防、航天以及容器保护中应用广泛。目前加强了对Si—B—C—N超高温陶瓷材料的研究，主要应用于超高温涂层材料，制备工艺主要是有机前驱体法，但是因为对超高温稳定机理的理解还需要进一步的加深和研究，其操作严格、成本较高。因此，加强对新的制备工艺技术的研究，深入探讨超高温稳定化机理将成为未来研究的重要方向和内容。基于此，对高性能新型陶瓷材料的制备与研究进行研究，以供参考。

关键词：高性能新型陶瓷材料；制备工艺

引言

从1962年R.L.Coble首先研究并成功生产了高性能的氧化铝复合陶瓷开始，就为复合陶瓷技术开拓了崭新的应用领域。该类材料不但具备较高的性能，而且耐腐蚀，可在高温高压下正

常工作，还拥有其他金属材料所无可比拟的特性，如硬度较高、介电性能优异、低电导率、高温导性好等，从而逐步在照明科技、光学、特种仪表制作、无线电子科技和高温科技等领域得到越来越深入的运用。

1高性能陶瓷材料应用前景

陶瓷材料是新材料中的重要分支，在能源、机械、冶金、汽车以及石油化工等各个行业发挥着重要作用，成为工业技术发展中不可或缺的关键材料。随着社会经济市场的快速发展和国民经济水平的不断提升，工业企业的技术水平也在不断发展和提升，各个行业都迫切的需要大量的高性能陶瓷材料，因此市场前景较为广阔。陶瓷材料一般情况下分为结构陶瓷、功能陶瓷，有的还分为陶瓷涂层以及陶瓷复合材料等。目前使用较为广泛的主要是以结构陶瓷和功能陶瓷为主，其中结构陶瓷的优势是耐磨性较强、强度较高，在热机部件、耐磨部件等领域中具有较为广泛的应用。陶瓷材料在多个领域中都得到了广泛应用，尤其是在高新技术领域，陶瓷材料在其中发挥着非常关键的作用。除了上述特点，功能陶瓷还被广泛应用在航空航天、建筑化工等领域，是化工企业主要的四大类材料之一。作为高性能陶瓷的基础材料，陶瓷粉料也是其重要的组成部分，在特种陶瓷中有着重要作用和价值。

2高性能陶瓷的制备工艺

2.1粉料制备要求

高性能陶瓷的原材粉通常具备以下四大特点：（1）具备极高的纯净和分散性；（2）具备更多的陶瓷烧结活性；（3）粒子相对均匀并成球状；（4）不会聚合，随着时间的延长也不会产生新相。

2.2粉料制备方式

制作内粉的方法对瓷器的热透光性有着重要的影响。用金属氧化物或球磨方法制取内粉，粉料生产的细度无法获得很稳定；固相法反应时，内粉的活性下降、细粒度粗大；即便用热压法烧结也无法产生较大密度的瓷器，而且瓷器的物理化学组成和一致性也较差。而物理化学工艺技术制取内粉的显著特点是，可得到的纯净度一致、细粒度大的超微粉，但制备温度要求却明显降低。

3成型技术

3.1干压成型

干压成型的实质意义就是在外力影响下，通过内摩擦力牢固地将各粒子紧密联系在一起，并保持相应的形态。经过实践证明，压坯的特性与施压方法、施压速度和保持时限等有很密切的关系。因此干压成型有工序简化、作业简便、生产周期短、见效快、易于实现自动化制造等优势。而且制得的压坯密度大、尺度准确、内收面积小、机器硬度高、热电性能好。

3.2等静压成型

等静水压力成形具有如下优点：（1）能够制造形状复杂、大型或细长的产品，并且成形质量较高；（2）成形压力大，并且加压作用效果好；（3）压坯密度高而均匀，烧成后收缩较小，不易变质；（4）模具制造较简单、寿命长、生产成本较低廉；（5）可以少用或不用粘贴剂。

4陶瓷材料的制备方法

4.1溶胶-凝胶工艺

溶胶凝胶工艺以无机盐或金属醇盐作为前驱体，将其溶于溶剂，前驱体放入后，溶剂与溶

液发生水解反应，反应后生成物中的溶胶是由几个纳米的粒子集聚形成的，工艺中实现可控多孔结构的原理是凝胶过程中胶粒的堆积和热处理后可以留下不同程度的细小气孔。按此方法制得的孔径大小为纳米级而且分布均匀，可用来制备复合膜和微孔薄膜材料，因此成为无机分离膜行业最为广泛关注的领域。溶胶凝胶工艺与其他工艺相比，优点是可以通过调整酸碱度来调整孔径的大小和材料的比表面积，该方法被认为是将来的一种主流制备工艺。但该方法也会有其缺点，前驱体组元体系必须是能发生水解的体系并且原料的成本较高，后续处理也会污染环境，耗时也非常长，因此使用受到了限制。

4.2挤出成型法

挤出成型法是制备多通道陶瓷支撑体最简便的方法。主要的操作流程是将粉体骨料和添加剂进行混合，后经过炼泥和陈化，将所制得的混合料放入真空挤出机，在一定的压力下挤出具有特定形状的支撑骨架。目前我国已经研制并且投入使用的蜂窝状陶瓷挤出成型的模具规格为400孔/m，美国等研制出的规格分别为600孔/m和900孔/m的蜂窝状陶瓷模具。影响挤出成型工艺的因素很多，如适当的干燥条件和气孔率的控制。与其它工艺相比，挤出成型法具有的特点是气孔分布均匀并且间壁较厚。

4.3凝胶注模工艺法

凝胶注模成型工艺（gel-casting）作为制备多孔陶瓷的一种新方法，悬浮体泡沫化是最经济的，原位聚合固化所形成的素坯具有内部网状结构且强度较高。2012年的中国申请（公开号：CN102643111A）提出用面粉与陶瓷粉料混合发酵成为多孔生坯，再烧结成为多孔陶瓷的方法，其主要缺点是消耗聚合物太多（比如面粉体积大于陶瓷粉料体积）、生坯强度低。凝胶注模工艺法的缺点是干燥设备投资大、能耗太高、生产效率低。

4.4　发泡法

江苏省陶瓷研究所在2001年的专利申请（公开号：CN1374276A）披露了一种轻质发泡陶瓷装饰砖及其制造方法，经一次成型后烧成的砖体具有天然石材的凹凸曲面效果，具有很强的装饰性，且制造方法简便，生产成本低，烧成的砖体形状统一。同年，赵家慧的个人申请（公开号：CN1387753A）公开了陶瓷、泡沫陶瓷复合花盆及其制作工艺，其中内盆是加入发泡剂制成泡沫陶瓷，内盆的泡沫陶瓷具有发达的比表面积，有利于植物生长。

4.5有机前驱体浸渍法

涉及泡沫陶瓷过滤材料的制备方法最常用的就是有机前驱体浸渍法。申请人Schwartzwalder等在1961年申请的（公开号：US3090094A）的发明专利，涉及制造高气孔率多孔陶瓷的有机泡沫浸渍法，使多孔陶瓷的制备迈上了一个新的台阶。（公开号：CN85102359A）为我国首件涉及有机泡沫浸渍法制备泡沫陶瓷的申请。2007年佛山市非特新材料有限公司的专利申请（公开号：CN101117295A）采用独特的二次浸浆辊压成型工艺，减少人工操作，产品质量的一致性得到极大提高。之后有一些专利主要在对前驱体或浆料的预处理，以提高浆料在前驱体有机泡沫上的粘附，如2010年沈阳化工学院的专利申请（公开号：CN101785944A）提供了一种用于镁和镁合金熔体过滤用氧化镁泡沫陶瓷过滤器的制备方法，使得电熔氧化镁浆体转变为塑性料，能够很好地粘附于聚氨酯泡沫模板网络上，提高其粘附量，从而增加最终制品强度。

结束语

高性能陶瓷，也被称为精密陶瓷、高级陶瓷。它以其独特的轻质、高强度、高硬度、抗摩擦、耐热、抗氧化、耐腐蚀等特性，具有金属、有机等大分子材料所无法媲美的优势，成为航空、新能源、高新型材料、微电子科技、激光、海洋工业和生物工程等领域高科技材料的关键部分和不能缺少的物质基础。

参考文献

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