机械法制备超细氧化铝粉体及其应用在ZTA陶瓷上的研究

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超细氧化铝粉体作为一种用途特殊的无机非金属功能材料,具有高强度、高硬度、抗耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘性好、比表面积大等优点。一般地,现有制备超细氧化铝粉体方法多为化学合成法,但存在成本较高,产量较低,易产生废水和废气诸缺点。近年来,人们研制和采用了一些新型的机械研磨设备制备纳米粒级无机材料脆性颗粒。这些工作已经突破了以往有关认为不可能通过机械研磨的方法制备纳米粒级颗粒的结论。近年报道的许多实验证明:采用新型研磨设备(尤其是高效能搅拌磨)可以将脆性物料颗粒粉碎到亚微米或纳米粒级。这是由于这些研磨设备其具有能量密度高、剪切强度大、研磨效率高的特点。本论文首先采用一种湿式高能搅拌磨制备了一系列不同粒级的超细氧化铝粉体。将微米粒级工业煅烧氧化铝给料经湿法研磨数小时后可得到一种平均粒径为70 nm和比表面积大于115㎡/g的纳米颗粒产品。还研究了其过程中所产生颗粒产品的粒度和形貌及其晶型的变化,并分析了研磨过程中所需能量的利用效率。本论文还探索了研磨制备的氧化铝粉体过程中的机械力化学效应。   另外,Al2O3陶瓷具有耐高温、耐磨损和耐腐蚀等一系列优良性能,但是由于其脆性而限制了其优良性能的表现。Al2O3陶瓷的强韧化是近几年来氧化铝陶瓷研究的重要方向。从ZrO2-Al2O3系统相图可知,即使在很高温度下ZrO2与Al2O3之间都不会生成固溶体,这就为研究ZTA材料提供了理论依据。但是性能优良的ZTA复相陶瓷大多以湿化学法制备的超细高纯的分散均匀的活性粉末为原料,采用热压、热等静压等工艺制备,其成本高,对工艺过程及设备有较高的要求。本论文研究采用机械法制备的超细氧化铝粉体复合纳米二氧化锆常压烧结了ZTA复相陶瓷材料,并表征了ZTA复合材料的力学性能、烧结性能等,以实现低成本制备高性能陶瓷的目的。与化学法制备的纳米、亚微米级Al2O3与相同的ZrO2复合制备的ZTA的性能进行了比较。实验表明,采用机械法制备的超细氧化铝粉体复合纳米二氧化锆制备ZTA陶瓷的抗弯强度达到720 MPa,断裂韧性达到6.86 MPa·m1/2;用机械法制备的氧化铝颗粒同化学法制备的氧化铝颗粒性能较好。机械法制备的氧化铝可以代替高昂的化学法高纯氧化铝。
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