纳米氧化铝范文

纳米氧化铝范文第1篇

关键词：氧化铝陶瓷；硬度；抗弯强度；弹性模量

1 前言

氧化铝陶瓷，又称刚玉瓷，是一种以a-Al2O3为主晶相的结构陶瓷材料，由于其本身具有高熔点、高硬度、耐热、耐腐蚀、电绝缘性好等特性，因此，可以在较苛刻的条件下使用。氧化铝陶瓷的价格低廉，是目前生产量最大，应用面最广的陶瓷材料之一，主要应用于刀具、耐磨部件及生物陶瓷领域。此外，它还广泛应用于宇航、能源、航空航天、化学化工电子等方面[1]。近年来，由于对材料性能的要求高，人们提出各种提高氧化铝陶瓷性能的方法，其中主要有：热压烧结[2-4]、放电等离子烧结[5]、微波烧结[6]和加入添加剂[7]等。结果表明：采取一些新的措施后，使得氧化铝陶瓷在抗弯强度和硬度等方面的性能大大地提高。

本文以1μm 氧化铝粉为基体材料，分别加入0%、0.5%、1%、5%、10%和20%的30nm的纳米氧化铝粉；采用常规方法烧结得到一系列的氧化铝陶瓷；然后对氧化铝陶瓷的硬度、抗弯强度和弹性模量等方面的性能进行了测试。

2 实验内容

2.1 实验原料

本实验用的1μmAl2O3粉是由郑州融华公司生产，产品的基本参数为：外观为白色粉末、晶粒的平均粒径为1～1.5μm、晶体结构为α相，纯度≥99.8%，其他杂质为Na2O、SiO2和Fe2O3。30nm的Al2O3是由杭州万景新材料有限公司生产，产品的基本参数为：外观为白色粉末、晶体结构为α相，纯度≥99.9%、晶粒的平均粒径为30±5nm。

2.2 试验过程

本实验采用常规烧结方法来烧结氧化铝陶瓷。其具体过程如下：首先，30nm的Al2O3粉成形前需用超声波分散；然后，按照配方的要求准确称取所需的量加入到1μm 的Al2O3粉中；其次，再将质量分数为5%的PVA（聚乙烯醇）作为粘结剂加入到Al2O3粉中；最后，研磨均匀，在250 MPa的压力下压成尺寸约为3mm×4mm×36mm的坯体。样品在常规烧结中，其烧成制度为：升温速率为3℃/min，烧结温度为1600℃，保温时间为2h；达到保温时间后随炉冷却，样品经过粗磨、细磨、抛光；然后采用万能材料试验机测试其三点抗弯强度，要求试件跨距为30mm、加载速度为0.5mm/min。试样硬度由洛氏硬度计测得。

3 结果分析与讨论

加入不同含量的30nm Al2O3粉的氧化铝陶瓷的力学性能如图1、2、3所示。

由图1可知，随着纳米氧化铝粉含量的增加，样品的洛氏硬度（HRA）一直增加。当含量从0%增加到1%时，其洛氏硬度从82.2迅速增加到84.6。当添加量在5%～20%之间时，增加速度较慢，其最大值为86.4。由图2可知，断裂强度的变化曲线与硬度变化不同，随着纳米氧化铝粉的加入，断裂强度值的整体变化趋势为先降低，后增加。当添加量为0 %时，其断裂强度值为199.5MPa；随着纳米氧化铝粉的加入量为0.5%时，其断裂强度降低到190.1MPa；当纳米氧化铝粉的加入量为20%时，断裂强度值增加到209.1 MPa。由图3可知，当纳米氧化铝粉的加入量为0%时，其弹性模量为4337.7 MPa；当纳米氧化铝粉的加入量为0.5%时，弹性模量增加到11298.2 MPa；当纳米氧化铝粉的加入量为10%时，弹性模量达到最大，其值为64785.1 MPa。

从上面的分析可知，总体趋势是随着30nm的Al2O3的加入，氧化铝陶瓷的硬度、抗弯强度和弹性模量都增加，但其影响的趋势和程度不同。一般认为，加入纳米材料后样品力学性能的提高，其主要是因为纳米材料占据基体空隙位置和细化晶界所导致的。

4 结论

在1μm 的Al2O3粉中添加不同含量的30nm的氧化铝粉后，其氧化铝陶瓷的性能发生了改变。

（1） 随着纳米氧化铝粉含量的增加，样品的洛氏硬度（HRA）一直增加。当添加含量为20%时，洛氏硬度达到最大，其值为86.4。

（2） 随着纳米氧化铝粉含量的增加，断裂强度值的整体变化趋势为先降低，后增加。

（3） 随着纳米氧化铝粉含量的增加，弹性模量呈增加趋势，当添加量为10%时，其值达到最大，为64785.1 MPa。

（4） 加入纳米材料后样品力学性能在不同程度上得到了提高，其主要是因为纳米材料占据了基体空隙位置和细化晶界所导致的。

参考文献

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纳米氧化铝范文第2篇

关键词：高岭土;纳米氧化铝技术;碱熔法;酸溶法;岭土资源 文献标识码：A

中图分类号：TB383 文章编号：1009-2374（2016）04-0069-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.035

传统的纳米氧化铝制备方法包括液相法、气相法、固相法，这些方法的制备成本比较高，而以高岭土作为原材料来制备纳米氧化铝，不仅可以提取大量的白炭黑，还可以提高高岭土资源利用率，实现高岭土深加工，具有良好的经济效益。当前，高岭土制备纳米氧化铝技术在细度、纯度等方面还需要进一步改进，通过分析其工艺技术参数，加快对高岭土制备纳米氧化铝技术的研究。

1 高岭土结构特征

高岭土质软、白度高，具有良好的电绝缘性、粘结性和可塑性，很容易分散悬浮在水面上，并且具有较高的耐火性、阳离子交换量低、抗酸溶性好等理化性质，被广泛地应用在国防、医药、涂料、化工、橡胶、陶瓷、造纸等行业中，还应用在宇宙飞船和航天飞机的耐高温瓷器件中。高岭土主要由叠片状、管状、微小片状，粒径小于2μm埃洛石、珍珠石、地开石、高岭石等簇矿物，结构式为Al4[Si4O10]（OH）S，多水高岭石和高岭石是主要的矿物成分，并且高岭土中包含微量的MgO、CaO、Na2O、K2O，少量的TiO2、Fe2O3，大量的SiO2、Al2O3等。通过分析高岭土的矿物晶体结构，这种晶体主要呈六方片状，由铝氧八面体、SiO2六方网层、SiO4四面体通过（Si2O2）n的阳离子和[AlO（OH）2]面按照1∶1顶角连接方式组成层状结构，氢键连接层间，无水分子和离子。

2 纳米氧化铝特性

纳米氧化铝粉粒径尺寸处于1～100nm，其不仅具有纳米效应，而且具有较强的化学活性和光吸收能力，颗粒间结合力较大、熔点低、表面张力大、表面积大，在一定条件下很容易发生化学反应，在低温状态下不具有热绝缘性。同时，纳米氧化铝内部含有多种晶型，纳米氧化铝的晶型不同，其特点也不同，例如，α-Al2O3可用于制备高机械强度、高韧性、高硬度、高强度的陶瓷件，如磨料、模具、切削工具等;β-Al2O3可具有良好的离子导电性，在电池制备中应用了大量的β-Al2O3烧结体;γ-Al2O3的活性高、比表面积大，被广泛用作加氢脱硫和加氢催化剂、石油炼制催化剂、汽车尾气催化剂等。纳米氧化铝液相传质需要的能量较小，烧结温度相对较低，这使得纳米氧化铝烧结制品的气孔率较低，可用于制备激光窗口、高压钠灯管、透明陶瓷等。

3 高岭土制备氧化铝工艺

高岭土中含有大量的二氧化硅、氧化铝等化学成分，使用高岭土来制备氧化铝，首先分离高龄土中的铝和硅，形成二氧化硅、硅化物或者铝盐，分离过程中铝氧键、硅氧键、氢键断裂，铝离子、氧离子、硅离子之间组合形成新键，整个高岭土结构被破坏。结合硅、铝分离过程中使用的不同反应剂，可以分为碱熔法和酸熔法。

3.1 碱熔法

碱熔法也称为拜耳法，主要用于制备工业化氧化铝，这种方法必须使用铝硅比例较高的高岭土。在高温条件下，碱和高岭土发生反应，碱和氧化铝生产铝酸钠，雨水浸泡以后可以得到铝酸钠浆液，通过物理分离方法，可以将高岭土中的氧化铝成分溶出，其中大部分硅、钛和铁和碱发生反应形成难溶性化合物，从浆液中沉淀下来。碱熔法制备氧化铝主要是利用铝酸钠溶液酸化，制备过程中得到溶胶或者沉淀，经过煅烧、干燥、洗涤等工序得到氧化铝。在运用这种方法时，凝胶和沉淀物的煅烧条件、干燥洗涤方法、胶溶剂选择、酸化添加量、杂质成分、铝酸钠溶液浓度等直接影响着氧化铝的性能。

3.2 酸熔法

酸熔法是指在高温条件下高岭土和活性强的酸性氧化物、有机酸或者无机酸发生反应，在H+作用下，高岭土中的铝氧键、硅氧键发生断裂，和其他离子组成新键，生产二氧化硅和可溶性盐。随着精细陶制备对于高岭土质量的要求越来越高，碱熔性方法制备的氧化铝含有大量的钠离子，影响了高纯度氧化铝生成，而通过酸溶性方法制备氧化铝，其钠离子含量明显降低，虽然成本相对较高，操作工艺更加复杂，但是低钠酸法氧化铝具有更广泛的市场前景。

4 高岭土制备纳米氧化铝存在的问题

以含铝量较大的高岭土为原材料制备纳米氧化铝，主要经过两个步骤：第一，使用碱或者酸和高岭土中的硅、铝等化学成分发生反应生产不可溶性物质和可溶性物质，将铝和硅分离;第二，以铝、硅分离得到的可溶性碱式盐或者酸式盐为原材料，运用纳米技术，最终制备纳米氧化铝。但是，当前高岭土制备纳米氧化铝主要以下两个问题：第一，高岭土中的杂质矿物质较多，其品质受到影响，加大了浸出液提纯难度;第二，普通碱熔或者酸溶条件下，高岭土残渣中的氧化铝含量非常高，铝浸出率较低，这就导致高岭土中铝含量远远高于浸取液中铝含量，使得高岭土制备纳米氧化铝成本较高。当前，我国专家学者长期分析和研究对高岭土进行无机酸处理，然后再制备纳米氧化铝，但是仍然存在一些问题，盐酸是一种常用的高酸度、低腐蚀性的无机酸，但是在酸浸反应过程中大量盐酸挥发，难以保证盐酸浓度，并且酸浸过程中高浓度酸消耗量较大，使得铝盐中含有大量游离酸，煅烧过程中产生大量有害气体，一方面对自然环境产生严重污染，另一方面操作过程中容易自燃，不能用于工业化生产。

5 高岭土制备纳米氧化铝技术

5.1 粉体制备

本文以提纯后铝盐溶液作为原材料，制备纳米氧化铝，分析和研究各项工艺参数对纳米氧化铝性能的影响。以碳酸氢铵和铝酸钠溶液为原料，通过碳酸铝铵热解法和勃姆石凝胶法，碳酸铝铵热解法是一种常见的沉淀法，向铝酸钠溶液中添加适量的HCl，生成AlCl3溶液，添加碳酸氢铵溶液，产生碳酸铝铵沉淀，经过洗涤、干燥、煅烧等工艺后，产生纳米氧化铝。勃姆石凝胶法是在铝酸钠溶解中添加碳酸氢铵，使AlO2发生水解，生成Al（OH）3沉淀，然后添加适量的稀硝酸，生成AlOOH溶胶，然后经过脱水得到凝胶，再通过干燥、老化、洗涤等工艺得到勃姆石干凝胶，粉碎煅烧以后得到纳米氧化铝。

5.2 性能表征

由MAX-IIIC全自动X射线衍射仪（管电流为30mA，管电压为40kV，λ=1.5433）获得纳米氧化铝的X-Ray衍射花样，由FT-IR5700NICOLET智能型傅里叶红外光谱仪得到不同温度下三氧化二铝的FT-IR花样和前驱体，由H-600型电子显微镜观测纳米氧化铝的颗粒尺寸和形貌。

5.3 结果分析和讨论

5.3.1 煅烧温度对氧化铝浸取率的影响。高岭土经过煅烧后，其内部组织结构发生变化，可以增大高岭土活化能，加快氧化铝酸溶。高岭土晶态结构随着煅烧温度不断升高转化为非晶态结构，对摩尔比、酸浸时间、酸浸温度进行正交试验，最佳的制备工艺参数为：摩尔比为1/7，酸浸时间3h，酸浸温度100℃。根据试验数据，计算氧化铝浸取率，氧化铝浸取率和煅烧温度之间的关系图，如图1所示。从图1可以看出在其他条件不变时，氧化铝浸取率在700℃时达到最高。

5.3.2 分散剂对纳米氧化铝粉体和干凝胶的影响。在酸浸中添加合适分散剂有助于缓解氧化铝粉体团聚，实验研究了采用氨水为滴定剂，PEG-6000、六偏磷酸钠对纳米氧化铝粉体的影响。在800℃高温环境下煅烧后三氧化二铝粉体主要呈现针状，采用六偏磷酸钠为分散剂制备的纳米氧化铝粉体发生严重的团聚现象，粒径约Φ8nm80nm;采用PEG-6000为分散剂制备的纳米氧化铝粉体具有良好的分散性，粒径约Φ5nm55nm。

5.3.3 沉淀剂对纳米氧化铝粉体形貌的影响。采用碳酸氢铵和氨水作为沉淀剂，观察凝胶生成状况，经过实验验证，在纳米氧化铝粉体制备过程中添加氨水沉淀剂产生的干凝胶分散效果和粒径大小都远远比不上碳酸氢铵沉淀剂。氧化铝粉体经过煅烧后的形貌通过TEM进行分析，氨水滴定的纳米氧化铝粉体主要呈现针状，粒径约34～50nm，碳酸氢铵滴定的纳米氧化铝粉体主要呈现颗粒状，粒径约12～15nm，这是由于氢离子和碳酸氢根离子在滴定过程中发生反应，释放大量二氧化碳气体，加快了凝胶分散。

5.3.4 干凝胶煅烧温度对纳米氧化铝晶型的影响。煅烧过程中干凝胶受到高温影响，结构水、自由水和吸附水都消失，分解生成氧化铝。利用红外光谱仪进行观测，400℃以下低温环境下，前驱体还没有发生分解，3132cm-1位置出现自由水、吸附水的伸缩振动峰，1300cm-1位置Al（OH）3中羟基的吸收峰特征比较明显，逐渐转变为无定形体。随着煅烧温度不断升高，600℃～1000℃煅烧的纳米氧化铝粉体在3220cm-1、1370cm-1位置出现H-O特征峰。

6 结语

我国各个地区的高岭土资源非常丰富，在耐火材料、陶瓷、橡胶、化妆品、涂料、化工、造纸等行业应用广泛。当前，高岭土制备纳米氧化铝技术研究非常广泛，但是其在细度、纯度等方面还存在一些问题，在未来发展过程中应加大高岭土制备纳米氧化铝技术研究，仔细分析各种影响因素对纳米氧化铝加工制备的影响，推动这种工艺技术的快速发展。

参考文献

[1] 吴铭敏.高岭土制备纳米氧化铝工艺研究[D].苏州大学，2013.

纳米氧化铝范文第3篇

关键词：纳米氧化铝 制备方法 问题 前景

Preparation Methods of Nano-alumina and Its Characteristics

LI Yifan

（Shenhua Zhunneng resource Comprehensive development Co. Ltd.，Inner Mongolia Zhungeer010300）

Abstract：The characteristics of nano-alumina are briefly introduced，and the preparation methods of nano-alumina and its characteristics are reviewed. Points out that the problem of nano-alumina industrialization in our country，meanwhile look forward to the prospect of nano-alumina industry.

Key words： nano-alumina preparation methods problem，prospect

一、综述

氧化铝是一种白色粉末，已证实有a、b、g、d、e、x、r、l、h、q、κ和无定型氧化铝等十二种晶型[1]，并各自表现出不同的性质，它们在高温下长时间加热都会转化为稳定的a-Al2O3。氧化铝按用途分为两大类，一是用作生产电解铝的冶金氧化铝；二是种类繁多的非冶金用氧化铝，又称特种氧化铝。目前特种氧化铝已开发出了数百个品种，在材料、航天、化工、电子、生化医药等高科技领域广泛应用[2]。

纳米氧化铝是一种尺寸介于（1～100） nm的超细特种氧化铝颗粒，具有良好的体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，在光、电、热力学和化学等方面表现出一系列的优异性能，例如高硬度、高强度、耐热、耐腐蚀等，广泛用于精细陶瓷、生物医学、半导体材料、表面防护层材料、光学材料、催化剂及其载体等领域[3]。

二、制备方法及特点

纳米氧化铝的制备方法很多，根据原料在反应中的存在形式，可分为：固相法、气相法、液相法。

1.固相法

固相法是将金属铝或者铝盐直接研磨或加热分解后，再经过煅烧处理，发生固相反应，得到纳米氧化铝的一种方法。为了提高固相反应速率，可将固体原料研磨使反应物完全混合，或将原料加压成片，加大反应物间的接触面积。固相法的成本低，产量大，制备工艺相对简单，不存在颗粒间因羟基凝集脱水所导致的粉末团聚；但存在能耗大、效率低，产品粒径不够微细，粒径分布范围广，粒子易氧化变形，易混入其他杂质等缺点。

固相法分为机械粉碎法、化学热解法和非晶晶化法。

1.1机械粉碎法

机械粉碎法是用机械对物料进行粉碎和研磨制取氧化铝的方法。机械粉碎法要求简单、成本低、产率高，但是会产生表面和界面的污染，所得氧化铝粉体纯度低、粒径分布不均，而且制备的粉体容易发生团聚。

1.2化学热解法

化学热解法是通过对铵明矾或碳酸铝铵等无机铝盐进行热处理得到纳米氧化铝的一种方法。化学热解法主要包括铵明矾热解法、碳酸铝铵（AACH）热解法和喷雾热解法3种。

铵明矾热解法是用硫酸铝溶液与硫酸铵反应制得铵明矾，再加热分解成纳米氧化铝。煅烧过程收集的炉气可制成硫酸铵循环使用。该法工艺简单，生产成本低，产品质量稳定。缺点是反应过程中有SO2、SO3产生，污染环境，且生产周期长，难实现规模化。目前逐渐被AACH热解法代替。

铵明矾热解法发生的主要化学反应有：

Al2（SO4）3 + （NH4）2SO4 + 24H2O 2NH4Al（SO4）2・12H2O （1）

4NH4Al（SO4）2・12H2O 2Al2O3 + 2NH3 + N2 + 5SO3 + 3SO2 + 53H2O （2）

AACH热解法是将铵明矾与碳酸氢铵反应制得铵片钠铝石前驱沉淀，然后经1200 ℃灼烧，可制得粒径为15 nm左右的高纯氧化铝粉体[4]。此法不产生腐蚀性气体，无热分解时的溶解现象，产品粒径控制好，且能简化操作。但要求严格控制反应物配比，而且除杂较困难。张中太等[5]利用此法，通过控制适当的反应物配比和反应体系的pH值，最终制得粒径为（5～20） nm的活性氧化铝。其发生的主要反应有：

NH4Al（SO4）2 + 4NH4HCO3 NH4AlO（OH）HCO3 + 3CO2 + H2O

+ 2（NH4）2SO4 （3）

2NH4AlO（OH）HCO3 Al2O3 + 2NH3 + 2CO2 + 3H2O （4）

喷雾热解法（Spray Pyrolysis，简称SP法），也称溶液蒸发分解法，它是一种将金属盐溶液以雾状喷入低压高温气氛中，使其中的溶液蒸发，金属盐发生热分解，从而直接生成组分均匀、分散性良好的超细氧化铝粉体的方法。因其工序少，适于连续操作，易于控制组成及纯度，且可以改善粉体团聚现象，故日益受到关注。

1.3非晶晶化法

非晶晶化法是先制备非晶态的化合态铝，然后经过退火处理，使其由非晶态向晶态转变。由于非晶态在热力学上是不稳定的，在受热或辐射条件下会出现晶化现象，通过控制晶化条件，可制备符合要求纳米氧化铝晶粒。此法工艺比较简单、易控制，能够制备出化学成分准确的纳米材料，并且不需要经过成型处理。但该法生产的纳米氧化铝的塑性对晶粒的粒径十分敏感，只有粒径较小时，塑性较好，否则材料变得很脆。同时，非晶合金的尺度至今都不是很大，限制了非晶晶化后的纳米体材尺度。

2.气相法

气相法是直接利用气体或者等离子体、激光、电弧等方式将物质加热变成气体，使其在气态下发生物理或化学反应，冷却凝聚长大形成超细粉体的方法。此法又可分为物理气相沉积（PVD）法和化学气相沉积（CVD）法。PVD法是在真空容器中充入低压惰性气体，加热氧化铝使其蒸发，气化的分子与惰性气体原子相互碰撞而冷却，凝结成纳米粉末。CVD法是以铝的单质、卤化物、氢化物或有机化合物为原料，在气化状态下进行化学反应，经过成核、聚集和长大而形成纳米粉体的方法。

气相法的优点有：反应条件易控制，产物易精制；可通过控制反应气体来得到少团聚或不团聚的超细粉末；反应操作可以连续长时间进行；气相反应中不存在溶剂或副产物，避免了产物污染的情况；颗粒分散性好、粒径小、分布窄。其缺点在于该法对反应设备要求严格，设备操作比较复杂；温度变化、气体流速等控制步骤繁杂困难；成本高，产率低，不适合大量生产，粉末收集困难[6]。

3.液相法

液相法可分为：溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法、微乳液法、相转移分离法等。其易通过改变反应条件（原料浓度、反应液pH值、温度、压力等），控制产物的形貌、粒径、化学成分。还可在反应阶段掺杂添加剂或表面改性剂等，制成多成分的均一微粉体，改善粉体性能[7]。该法制备的超细微粉表面活性好，工业化生产成本低。但此法容易引入杂质，产品纯度稍差。同时，反应物以溶液形式存在，得到产物易因羟基发生凝集，造成颗粒大小不均匀。

3.1溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是目前在纳米氧化铝制备中研究和应用较多的一种方法，其步骤如下：将金属醇盐或无机盐（仲丁醇铝、丙酸铝、AlCl3、Si（OCH3）4等）溶液注入能使其水解的溶液（柠檬酸、碳酸铵、尿素等）中长时间陈化，生成稳定的流动性溶胶体系，再缩合成无流动性的凝胶，在抽真空的情况下对凝胶低温干燥、磨细可得氢氧化铝超细粉，再经煅烧即得氧化铝纳米粉。

该法反应温度低，产品晶型、粒度可控，且粉体颗粒细小、粒子均匀度高，纯度高。但是，凝胶的干燥过程容易产生团聚。所以，在制备工艺中，常常要加入分散剂，使凝胶的表面改性，以避免凝胶粒子团聚。使用的分散剂多为表面活性剂，这些表面活性剂具有不同的亲水/疏水平衡常数，它们的加入能有效地破坏晶桥网络结合，防止胶粒团聚，可以达到乳化溶液和分散胶粒的目的。

溶胶-凝胶法根据原料的不同分为醇盐溶胶-凝胶法和无机盐溶胶-凝胶法。前者醇盐价格昂贵，工艺过程不易控制，后者虽避免了昂贵的醇盐和有毒的有机溶剂，但会引入杂质离子，需要对凝胶进行洗涤。

溶胶-凝胶法和其它方法相结合也为纳米氧化铝的制备开辟了新途径。彭天佑等以Al（NO3）3和（NH4）2CO3采用溶胶-凝胶法结合异相共沸蒸馏技术对氧化铝凝胶脱水，有效防止了硬团聚，制成粒径为68 nm的单分散球形氧化铝粉体。并通过XRD、TG、TEM、DTA、BET等手段监测整个工艺过程，初步确定了制备超细氧化铝粉体的工艺条件[8]。

3.2沉淀法

沉淀法是在铝盐料液（氯化铝、草酸铝、硫酸铝胺、硝酸铝、偏铝酸钠等）中添加适当的沉淀剂（如氢氧化钠、氨水、碳酸铵、盐酸、柠檬酸等），将溶液中的铝离子以沉淀（如Al（OH）3、Al2O3・xH2O）的形式析出，然后过滤、洗涤、干燥、煅烧分解等得到所需的氧化铝粉体。

沉淀法又分为直接沉淀法、共沉淀法、以及均匀沉淀法。直接沉淀法是通过沉淀反应，直接从溶液中制备纳米粒子；共沉淀法是把沉淀剂加入混合后的金属盐溶液中，使各组分混合沉淀，然后加热分解得到超微粒子；均匀沉淀法是以易缓慢水解的物质为沉淀剂，通过控制水解速率，缓慢生成沉淀剂，就可避免浓度不均匀现象，使过饱和度控制在适当的范围内，从而控制沉淀粒子的生长速度，获得团聚少、产品粒度均匀、纯度高的超细粉。

沉淀法一般在常压低温下短时间内完成反应，设备简单、操作方便可调，工艺流程短，实验成本低。但反应受溶液组分、浓度、温度、时间、酸碱性等的影响较大，如水合离子的水解常数pKa和pKb数值小或为负数时，就会大量存在水解反应，固体就会以羟基的形式沉淀，影响产物质量。另外，产物是在低温下反应生成，一般为无定形结构[9]。但近年来，通过引入冷冻干燥、共沸干燥、超临界干燥等工艺，有效解决了硬团聚问题，能制得质量较高的纳米粒子。

3.3水热法

水热法是指通过控制高压釜的温度，创造一个高温高压的水溶液环境，加速离子反应，促进水解反应，在水溶液或蒸汽流中制备氧化物，再经分离和热处理得纳米粒子。水热法制得的粉体成分纯净，粒度分布窄，团聚程度低，但反应对设备的要求很高，成本较高。

3.4微乳液法

微乳液是在表面活性剂及助表面活性剂的作用下，将水相高度分散在油相中或反之，形成的“油包水”或“水包油”型热力学稳定体系。它避免了产物在合成过程中颗粒发生凝集，从根本上限制颗粒的增长。体系中生成的沉淀经洗涤、干燥、煅烧后制得纳米粉体。该方法设备简单，得到的粒子粒径小、分布均匀、稳定性高、重复性好，但由于所制得粒子过细，固液分离较难进行。制备过程使用大量有毒性的有机溶剂，成本较高，反应条件苛刻，整个过程必须严格控制，难以在工业上实施[10]。

3.5相转移分离法

往铝盐溶液中加入碱性溶液，当刚开始产生氢氧化铝沉淀时，通过加热、超声粉碎使之溶胶化；在水溶胶中加入阴离子表面活性剂，抑制核的生长和凝聚，再加入有机溶剂，使粒子转入到有机相中；加热减压除去溶剂，将残留物质干燥、煅烧得到纳米氧化铝微粒。

该方法的关键是利用表面活性剂将水溶液中的胶粒转移到油相中，然后弃水，达到较快速简易地将胶体粒子和水分离的目的。

三、存在问题与展望

纳米氧化铝作为一种新兴材料，它的制备主要停留在探索实验阶段。目前，大多数制备的纳米氧化铝质量不高，制备过程重复性差。有些方法存在工艺复杂、条件苛刻、成本高等问题。故关于纳米氧化铝制备的结构分析、反应机理、反应过程等问题还有大量的工作要做。可以预计，在国家政策的大力支持和众多科研工作者的努力下，我国纳米氧化铝产业必将有新的突破，为国民经济的发展注入新活力。

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纳米氧化铝范文第4篇

关键词：环氧树脂；纳米氧化铝；复合材料；固化行为；热稳定性

中图分类号：TQ323.5

文献标志码：A

文章编号：0367-6.358（2015）05-0277-03

环氧树脂具有优异的力学性能，一方面由于具有高黏合强度，良好的耐化学性和绝缘性，越来越被广泛应用于涂料、电子设备、黏合剂以及航空航天设备上，另一方面由于交联密度大使其具有较大的脆性，因此限制了环氧树脂的应用。

环氧树脂改性通常用添加无机颗粒填料，如二氧化硅，氧化铝，黏土和碳酸钙等。改性后的环氧复合材料提高了阻燃性和耐磨性，同时也使其具有了相对较低的热膨胀系数。前人的研究已经成功地将分散的微米级或纳米级的氧化铝颗粒加入到环氧树脂中以改善其力学性能。而对于环氧树脂和纳米氧化铝复合材料的热力学性能的研究尚少。

本文以双酚A型环氧树脂为基料，制备纳米氧化铝复合材料，分别由差热扫描量热法（DSC），热重分析（TGA），动态力学分析法（DMA）和热机械分析法（TMA），研究不同纳米氧化铝含量的复合材料的固化行为，热稳定性，动态力学性能。

1 实验部分

1.1 实验原料

双酚A型缩水甘油醚环氧树脂（中国飞程德元化学试剂有限公司，环氧当量为185～208 g/当量）；4，4-二氨基甲烷（DDM）（国药集团化学试剂有限公司）；纳米氧化铝（中国南京高新技术纳米材料有限公司），经（FE-SEM）测定，其晶粒尺寸和比表面积分别为80 nm和10 m2/g（见图1）。

1.2 实验步骤

选择纳米氧化铝的质量分数为l%到4%。将环氧树脂和纳米氧化铝于80℃下混合1 h，再超声波分散30mln，加入适当的DDM之后搅拌混合1h至无气泡，将混合物倒入已经预热的磨具中后喷上脱模剂。最后在对流烤箱中于110℃固化1h，于140℃固化2h，于170℃固化1h。

1.3 复合材料性能测试

使用Hitachi公司S-4300型FE-SEM仪对纳米氧化铝颗粒的形貌进行了观察。

复合材料的固化行为采用Netzsch公司200 F3型DSC差示扫描量热仪测试，整个过程有氮气保护，温度范围是30～300℃，升温速率为10℃/min。

复合材料的热稳定性分析采用Netzsch公司209 F3型TG热重分析仪测试，有氮气保护，温度范围是30～800℃，升温速率为10℃/min。

复合材料损耗因子的温度依赖性由Rheometrics公司RDS_Ⅱ型DMA动态力学分析仪测试，仪器频率为1Hz，分度范围是35～250℃，升温速率为8℃/min。

复合材料热膨胀系数（CET）由Rheometrics公司RDS-Ⅱ型TMA静态热力学分析仪测试，恒应力0.05N，8℃/mln的升温速率下并有氮气保护的环境下进行。

热膨胀系数的计算公式如下：

式中， 一初始长度/mm， 长度的变化/mm，T-温度范围/℃。

2 结果与讨论

2.1 纳米氧化铝含量对复合材料固化及热稳定性的影响

复合材料的固化行为采用DSC进行研究，图2（a）是含有不同含量纳米氧化铝的复合材料的DSC曲线。从图2（a）可见，纯的环氧树脂和复合材料的最大峰值温度分别为163℃和157℃，纳米氧化铝的质量分数为4%的复合材料的最大峰值温度转向较低温度。这表明纳米氧化铝颗粒具有催化树脂固化的作用。复合材料的热稳定性是用TG法测定（见图2（b））。热稳定性因素，包括初始分解温度（5%的质量损失）以及800℃下质量分数。复合材料热稳定性和纳米氧化铝含量的对应关系见表l。复合材料的T5%值与同状态下的纯环氧树脂相似。在800℃下的该值随着复合材料中的纳米氧化铝的逐渐增多而递增。这也表明纳米氧化铝量的增加对环氧树脂热稳定性的影响不大。

2.2 复合材料的动态力学性能

采用DMA法测试损耗因子和储能模量的温度函数，可确定复合材料的玻璃化转变温度（Tg）。表2数据是Tg和储能模量的对应关系。纯环氧树脂和含2%质量分数的纳米氧化铝颗粒的复合材料的玻璃化转变温度分别是170.4℃和181.8℃，复合材料的Tg较纯环氧树脂高出11.4℃。原因是随着纳米氧化铝不断加入环氧树脂中，大分子间的自由空间逐渐减小，从而导致树脂一纳米氧化铝系统运动和旋转也减少。

由图3可知：玻璃态的储能模量随着纳米氧化铝的增加而减少（成反比），而橡胶态的储能模量则随着纳米氧化铝的增加而增加（成正比），因此，随着纳米氧化铝颗粒的增加，复合材料具有良好的耐热性。通过纳米氧化铝颗粒改性的环氧树脂，聚氨酯纤维和SBS环氧嵌段共聚物也表现出类似的结果。

2.3 纳米氧化铝含量对复合材料热膨胀系数的影响

复合材料维度的变化在5℃的加热速率以及氮气保护下可视为温度的函数（见图4）。从表3可知，在玻璃态和橡胶态复合材料的热膨胀系数随着纳米氧化铝含量的增加呈下降趋势。这是因为随着纳米氧化铝颗粒的增加，环氧树脂基和这些颗粒间的黏合力不断增加，导致环氧树脂大分子链段的运动呈下降趋势。3结论

纳米氧化铝范文第5篇

关键词：陶瓷材料 髋关节 探索

中图分类号：TQ325.67 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0230-02

“外科医生不听材料科学家”这是菲舍尔博士（德国杜伊斯堡-埃森大学）在最近的髋关节置换讨论会在皇家外科医学院得出的结论。这是一个不应该发生但是实际存在的情况。本文将讨论一些更精细的细节材料的选择，从材料科学家的角度来看，材料科学洞察髋关节假体材料的新品种，纳米复合氧化锆增韧氧化铝，将可以作为一个新的选择。本文将总结最近在这一领域的研究和使用收集到的信息来开发一个理论上的声音髋关节假体探索，将通过理论测试，以评估材料的适用性，从而找到适合身体的最佳材料。

1 髋关节材料

髋关节置换需要支持人们在日常生活中的力量，在1公里每小时的步行速度平均峰值的力量是病人的身体体重（BW）的约280％，在5公里每小时是1480％BW，而且步行的峰值力将总是高于在其他的运动模式的峰值，例如跑步，跳跃。植入物也需要有良好的循环疲劳，平均1840万步每年的力量需要克服。在较长的一段时间内体内的材料必须是稳定的，特别是在通常植入在年轻患者的髋关节表面的植入物。的植入物必须生存恶劣的环境中的任意组合组成的水，水+水合离子，氨基酸，核酸，脂类，脂膜，肽，糖类，多糖类，泡囊，脂质体，蛋白质，ECT。最后，该材料还必须同周围的骨组织有相似的刚度和抑制应力。应力会导致骨吸收按照沃尔夫的法律。正如你可以看到性能的材料必须符合所有这些标准，并不是一件容易的事。目前的大部分材料是根据其要求取自航空航天业，然而最近的证据已经发现，许多这些材料实际上是有缺陷的。本文将讨论的陶瓷材料将会根据以上的要求进行探索。

从前几代的氧化铝植入得出的教训是高脆性是一个病态通缉。氧化铝和氧化锆的韧性和疲劳极限的差别是基于较高的韧性氧化锆相变增韧。转型增韧是高强度的一个关键。裂缝成因亚稳四方谷物转变成单斜相的裂纹尖端应力场。由相变引起的转化的能量，将裂纹关闭。由于水的存在下，此变换成核的表面上的晶粒和导致升力表面朝上，以形成微裂纹，并加强相邻表面颗粒，从而将导致传播的变换。微裂纹将会使水渗透到下层，进一步过程，最终将导致陶瓷表面的粗糙化的，增加球杯形摩擦和加速失败。

氧化锆增韧氧化铝材料是四方晶氧化锆颗粒的含氧化铝基质的一种材料。氧化铝和氧化锆的复合材料提供了许多优点。氧化锆增韧氧化铝的KIC值为5.4±0.2MPam（在10％氧化锆配比）与氧化铝的晶粒尺寸为1.7μm，和氧化锆的晶粒尺寸为0.7μm。同时，在相同的测试条件下纯氧化铝KIC为4.2±0.22MPam，氧化铝颗粒的直径为1.7mm。氧化锆增韧氧化铝的滑动磨损阻力的增加是由于增加的机械特性造成的氧化锆晶粒的增韧，最终可以通过SEM看到马氏体相变的裂缝内的ZrO2的粒子。目前氧化锆增韧氧化铝材料很难在氧化铝基质内得到均匀的氧化锆颗粒的分散体，因为ZrO2微粒浓度可以凝聚植入物的表面，造成表面隆起。表面上的氧化锆相的体积百分数保持在3％～10％之间，能够避免过度的表面隆起。如果一个表面置换髋关节假体用于内表面氧化锆界的3％～10％体积分数的氧化锆的分散不能被精确地控制，所以不能确保陶瓷不会破坏该表面粒子限制。考虑到这一点，氧化锆增韧氧化铝材料的髋关节表面置换材料的材料选择。

2 材料断裂韧性

使用X-射线衍射发现，不会存在一个临界的氧化锆晶粒尺寸低于该应力诱导相变的氧化锆晶粒。（图1）

因此在纳米级氧化锆相变增韧，这种相变增韧机制不足。通过增韧开始前的体积分数和单斜晶系断裂试验后，并没有发现四方的转型。通过测量曲线的行为，氧化锆和氧化铝-氧化锆复合材料的微裂纹扩展的韧性增加。这增加韧性的特点是初始的裂纹诱导相变增韧，裂纹渗透，从而提高韧性氧化锆颗粒四方相向单斜晶系转变。但是在纳米复合材料中，可以看到的曲线是水平的，表示没有变增韧。

临界应力强度为1.7mol％氧化锆-氧化铝纳米复合材料，高于纯氧化铝，氧化锆。如果不存在相变增韧，一些新的机制一定导致了断裂韧性。低于该值不会有裂纹的增长，使用纳米复合材料的韧性可以看出明显的优势。

氧化锆增韧氧化铝材料有两个首要的增韧机制，第一个是基体晶粒内形成的压缩残余应力场，这是由于分散的颗粒和颗粒周围的局部残余应力的矩阵生成的热膨胀系数之间的差异，应力场消散迅速从粒子矩阵边界形成的正面过程区随着距离的增加。在冷却过程中（烧结后）附近的颗粒中的位错可以形成。当裂纹接近这些纳米裂纹沿子晶界，位错将形成。这些可以提高材料的断裂韧性。第二个机制是建立氧化铝的氧化铝晶界晶间纳米粒子的局部压应力增加韧性。这主要是由于周围的晶间粒子的偏转断裂韧性导致的裂纹增长。氧化锆增韧氧化铝材料的最高临界断裂韧性是6.2±0.3MPam，还没有陶瓷可以达到这个高断裂韧性，所以在潜在应用范围内几乎不存在裂纹导致的断裂。

3 材料老化

在纳米复合氧化锆增韧氧化铝材料水热稳定性的测试中，有1.7％的氧化锆（体积），平均晶粒尺寸为200nm。使用XRD相分析过去陶瓷材料的老化，发现原来纳米复合氧化锆增韧氧化铝不完全四面体的老化，甚至开始之前。有单斜晶相的体积分数为0.3，这保持恒定为20小时的整个试验时间。有人指出，在高压釜中的时间是1小时相当于4年体内。的断裂性能子部分，本文中讨论的转化缺乏。该材料被认为是水热稳定。然而，在高压釜中的近似1小时等于在体内4年的假设仍旧不能被完全证实在老龄化方面的转变，由于压力不足是一个积极的结果。这意味着施加的压力可能不会增加老龄化的风险。只有这样，才能真正测试在体内的水热稳定性。因为有更多的因素如环状应力，该材料会发生在老化期间时所涉及的材料被植入。

4 材料强度与硬度

陶瓷的强度在很大程度上取决于最弱的裂纹。碳化硅与纳米颗粒的氧化铝的强度的增加，是由于引入位错，以减轻在矩阵中的应力和沿着氧化铝晶粒边界的长度的纳米颗粒。位错作为应力集中的起源，并引起在周边的主裂纹尖端纳米级裂纹会导致穿晶断裂。增加晶粒尺寸的多晶材料的强度增加，但纳米复合氧化锆增韧氧化铝不遵循这个规则。在穿晶断裂的裂纹不能简单地生长在一条直线上，但必须左右移动的方式中的任何颗粒。纳米复合氧化锆增韧氧化铝强度增加与氧化锆粒子的增加成正比。然而，有一个点在10和15（重量）之间的收益递减，这可能是由于穿强度已经减少了太多的裂缝可以很容易生长。

硬度是由加入的氧化锆决定的。陶瓷的问题是，它们的高硬度是高度依赖于所施加的负荷。99％的纯氧化铝的硬度为20.2GPa。然而，氧化锆纳米颗粒的加入，导致硬度由于氧化锆含量的增加下降急剧。这是由于氧化锆比氧化铝软，因此增加了在烧结过程中的氧化锆，创建孔隙由于晶粒粗化，这也对硬度值具有负面影响。这种额外的孔隙度由相对密度的减少。

5 结语

纳米氧化铝范文第6篇

关键词：陶瓷结合剂；组分优化；纳米材料；硬度

1 引言

陶瓷磨具高强、高速和高效等特点是其在应用中具有独特优势[1]。考虑到陶瓷磨具的使用寿命，其还必须具有一定的硬度；结合剂作为磨具的重要组成部分，它的硬度在很大程度上代表了磨具的硬度。目前，国内外学者主要研究了纳米添加对陶瓷结合剂硬度的影响。侯永改等[2]研究了纳米氧化锆添加对结合剂硬度的影响，当添加纳米氧化锆为8%时，其硬度最大为129.8HRc。但是，目前对陶瓷结合剂自身组分优化对其硬度的研究还很少。

本研究以硼铝硅酸盐为基础体系，通过原始配方的组分优化，运用正交实验设计方法，研究了替代部分纳米氧化铝、纳米氧化硅和纳米氧化钙的含量对陶瓷结合剂硬度的影响，以期得到优化的陶瓷结合剂配方。

2试验

2.1试验原料及玻璃料的制备

把一定量的分析纯原料氧化硅、氧化铝、氧化钙、碳酸钾和碳酸钠按比例混合均匀，松压成八字块，经1450℃高温熔炼，水淬，干燥，球磨至200目以细，得到陶瓷结合剂粉。

2.2 正交实验设计

本试验选取三个因素，即三种纳米材料的添加：（A）纳米氧化铝；（B）纳米二氧化硅；（C）纳米氧化钙。每个因素选取三个水平，均为质量百分比；A因素三个水平：0.5、1和2；B因素三个水平：0.5、2和4；C因素三个水平：0.5、1和2。以洛氏硬度为考察指标。

因为本试验为3水平试验，选用Ln（3m）型正交表，并且不考虑各因素之间的交互作用，所以选用L9（34）型正交表来安排试验。根据前期研究经验，正交表中A因素第一列，B因素第二列，C因素第四列，第三列为空列。根据正交表确定试验方案，一共分九组进行试验分别标记为1～9#。其中为了对照，基础陶瓷结合剂的试验为0#。

2.3试样制备

把预熔好的陶瓷结合剂粉按配方称量，再和纳米氧化硅、纳米氧化铝和纳米氧化钙进行充分混合，再加入一定量的润湿剂和粘结剂，混合均匀，经12h焖料，压制成35mm×6mm×6mm 和Φ8mm×8mm的样条，经过干燥，烧结得到陶瓷结合剂试样。

3 结果与讨论

3.1 结合剂硬度的研究

本试验共有9组正交试验加上对照组（编号0）实验10组试验，分别在680℃，730℃，750℃，810℃，830℃，850℃，870℃七种温度下进行烧结，在洛氏硬度计上选择3个点测试，这3个数值的平均值即它们的硬度值，考虑到正交实验，只选用每组配方中最大的硬度值来分析。具体数据如表3-1所示。

3.2 结合剂硬度的正交分析

如表3-2所示，通^极差分析法可知：（1）三个因素的主次关系为纳米氧化钙、纳米氧化铝 、纳米氧化硅，其中空列的极差大于纳米氧化硅的，这表明不同因素之间存在较强的交互作用，进行相关研究需进一步考虑；（2）最优化方案中，纳米氧化铝因素最佳水平为2%，纳米氧化硅因素最佳水平为4%，纳米氧化钙因素最佳水平为1%，即第7组配方。

从图3-1可以看出，随着纳米氧化铝含量增加，洛氏硬度在一直提高，但在1%以后，升高速度变缓；随着纳米氧化钙含量增加，洛氏硬度出现先升后降的趋势，在1%时，洛氏硬度值达到最大；随着纳米氧化硅含量增加，洛氏硬度出现先降后升的现象，由此看出，纳米氧化硅低时，其对洛氏硬度的影响是不利的，在含量为4%时，洛氏硬度最大。

4 结论

（1）结合剂配方纳米组分的优化有利于改善其硬度，纳米组分对硬度影响主次因素为纳米氧化钙、纳米氧化铝 、纳米氧化硅。

（2）最优的结合剂配方组分优化方案为A3C2B3，其中纳米Al2O3含量为2%，纳米CaO含量为1%，纳米SiO2含量为4%，其硬度达到68.4HRc。

参考文献：

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纳米氧化铝范文第7篇

关键词：高纯氧化铝；锂电池隔膜；蓝宝石；金属铝；铝加工 文献标识码：A

中图分类号：F426 文章编号：1009-2374（2016）17-0138-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.17.067

高纯氧化铝是指最低纯度为99.99%的氧化铝，由于其具有多孔性、高分散性、绝缘性、耐热性等突出特点，现已成为先进无机非金属材料中的一大重要分支。近年来，由于高纯氧化铝的应用领域广，产品系列化和延伸空间大，与其他高新技术产业的关联度高，使得其现实市场十分可观，而且随着应用领域的不断扩大、产品不断派生衍化和发展，高纯氧化铝市场前景极为看好。

1 高纯氧化铝的应用

高纯氧化铝具有多孔性、高分散性、绝缘性、耐热性等特点，优势特征为卓越的硬度、高亮度、隔电性（非导体）、超级耐磨损性和高耐腐蚀性，是20世纪以来新材料产业中产量大、产值高、用途广的高端材料产业之一，在人工晶体、精细陶瓷、透明陶瓷、生物陶瓷、半导体集成电路基片等方面得到了广泛的应用。一般3N高纯氧化铝主要用于先进陶瓷，4N高纯氧化铝主要用于荧光粉，5N高纯氧化铝则用于蓝宝石晶体、锂电池隔膜、高级陶瓷、PDP荧光粉及一些高性能材料。

高纯氧化铝大量用做蓝宝石单晶体的原材料，一旦高纯氧化铝的粒径达到纳米级别，则更能应用于性能要求更严苛的下游领域，包括锂离子电池隔膜、透明陶瓷、高端结构陶瓷、催化剂载体、抛光材料、导热材料等。

2 高纯氧化铝市场分析

根据对高纯氧化铝性能要求的不同以及技术壁垒的高低，整个市场可以分为三个层次，即高端应用、中端应用、低端应用。

近年来，高纯氧化铝应用领域不断扩大，智能终端的蓝宝石玻璃是一个新兴的应用领域。未来五年下游产业增速较快的主要是锂电池隔膜涂层领域以及蓝宝石领域。

2.1 锂电池隔膜应用领域

随着锂离子充电电池容量的不断提高，其内部蓄积能量越来越大，内部温度会提高，若温度过高会使隔膜被融化而造成短路。由于高纯纳米氧化铝具有绝缘、隔热、耐高温等特性，因此可将其用于锂电池的涂层，在锂电池隔膜上涂一层纳米氧化铝涂层，可避免电极之间短路，提高锂电池使用安全性。此外，应用高纯纳米氧化铝对钴酸锂、锰酸锂、钛酸锂和磷酸铁锂等材料进行表面包覆还可大幅减小界面阻抗，额外提供电子传输隧道，有效阻止电解液对电极的侵蚀，此外还能容纳粒子在Li+脱嵌过程中的体积变化，防止电极结构的损坏。

近年来，随着不断增长的新能源汽车生产和销售，大工厂在锂离子电池材料的需求进一步增加，材料供应商现有的生产能力不能满足需求。作为世界上最大的锂电池生产基地，第二个最大的锂电池生产商和出口商，我国日益增长的对隔膜的需求，特别是在扩大的政策支持，后期隔膜将进一步扩大市场发展；与此同时，国内隔膜技术不断成熟。

锂离子电池隔膜的产量完全取决于其下游锂离子电池的产销量情况，而锂离子电池未来的增长主要来自于新能源汽车和能源存储。预计到2015年锂离子电池生产将达到16.8亿平方米，增长到2017年的35.5平方米。

对于中国市场，下游需求驱动和整个国内隔膜对进口隔膜更换会有明显的效果，而且会有隔膜的一部分企业出口其产品，所以隔膜生产在中国将远高于世界的增长，到2015年，中国隔膜将达到9.5亿平方米，在2017年将达到22.5亿平方米，成为世界上重要的隔膜生产的国家。中国锂电池隔膜，2016年将达到1.2万吨，对高纯氧化铝的需求到2017年将达到1.9万吨。

2.2 LED领域

高纯氧化铝是LED产业链的上游，受下游应用领域需求影响较大。随着LED产业的复苏，对蓝宝石衬底的需求也稳步增长。预计2016年全球在LED领域消耗高纯氧化铝将达7135吨，年复合增速约17%；2016年国内LED衬底片生产将消耗高纯氧化铝3100多吨。

2.3 蓝宝石应用领域

高纯氧化铝另一个重要用途是LED蓝宝石衬底和窗口屏幕蓝宝石。蓝宝石窗口屏将成为一个新的增量应用领域，主要应用在手表壳、手机摄像头壳和苹果手机home键，特别是手机屏和智能穿戴设备的应用将是潜在爆发增长点，预计未来3年窗口屏蓝宝石需求量会有爆发式增长，华为和金立的高端智能机已率先使用蓝宝石窗口屏，苹果公司的apple Watch也已使用蓝宝石作为视窗材料。

预计2016年LED衬底和消费电子领域对应蓝宝石的销量为18730万平方毫米，大约折合为2.34亿片2寸片蓝宝石，相对于2013年的增速为160%。以年产每万片2寸蓝宝石衬底需要用500吨高纯氧化铝材料计算，需要11700吨高纯氧化铝，如果再算上良率和切削损耗（以效率7成大致计算），需求为16714吨。

2.4 其他低端领域

高纯氧化铝低端市场主要用于在集成电路基板、LED荧光粉、氧化铝陶瓷、消费电子、紫外固化涂料等领域。预计2016年共需6146吨的高纯氧化铝，2014～2016年年复合增速约3%，基本保持平稳增长。

总体来看，2013年中国消耗的中高端高纯氧化铝占全球需求的20%，随后三年保持超100%的复合增速，随着国内锂电池隔膜产量的快速增长和LED产业的产能释放，中高端高纯氧化铝的需求正在迅速向国内集中。另外，蓝宝石领域的快速增长也大量增加了对高纯氧化铝的需求。根据上述市场供求不完全统计数据与分析预测，在不考虑进口前提下，未来几年中国国内4N～5N级高纯氧化铝市场的供应缺口为9000～17000吨，具有广阔的市场前景。

3 国内外部分高纯氧化铝厂商和产能分析

3.1 国外产能

目前全球的高纯氧化铝生产厂家主要集中在日本和中国。国外企业主要集中在日本，以住友化学为主，总产能合计约在2万吨。

其中日本的住友化学株式会社采用醇铝法在爱媛县工厂产能为3200吨，在韩国工厂的产能为1600吨，共计4800吨。韩国工厂主要用于锂电池的耐热隔膜和电极图层的生产。加拿大的Orbite Aluminaelnc公司通过独特工艺可生产出纯度为5N～6N的高纯氧化铝，产能为2000吨。韩国的Dongwoo公司（住友子公司）和日本轻金属株式会社产能分别为1600吨和1000吨。其他国外知名企业RHT、HMR、沙索尔等产能合计约1万吨。

3.2 国内产能

随着蓝宝石产业在国内的蓬勃发展，国内也大量新增高纯氧化铝产能。目前共计约2万吨产能，另有2000吨在建。

主要生产企业有上海铱铭材料科技有限公司采用直接水解法产能为2000吨（5N）、5000吨（4N），国内荧光粉市场领域占有量达到75%以上；大连海蓝光电材料有限公司采用醇盐水解法产能为2000吨（5N）；宣城晶瑞新材料有限公司采用醇铝水解法产能2000吨（5N）；山东晶鑫晶体科技有限公司产能1000吨（4N8）；无锡拓博达钛白制品有限公司产能为1500吨（5N），1000吨纳米氧化铝；淄博宏赫化工有限公司产能2000吨（5N）；邯郸曲周县产能1000吨；山东科恒晶体材料科技有限公司产能1200吨以及国瓷材料、淄博鑫美宇氧化铝有限公司、营口兴泰光电材料有限公司、重庆任丙科技有限公司、扬州高能新材料有限公司、苏州华泽纳米材料有限公司等。

4 高纯氧化铝国内现状及发展方向

国内众多生产高纯氧化铝的企业名义产能都在千吨数量级，实际上大多集中在荧光粉等低端市场。但是部分国内企业纯度已经达到4N5以上，在纯度方面已经与国外领先企业没有差距，在蓝宝石衬底方向的应用已经可以实现进口替代。但是在粒径上，国外企业能够做到30nm（纳米）以下，国内大部分企业尚有一定的差距。因此，目前锂电池隔膜用氧化铝目前主要还是由住友化学等国外厂家提供。

在蓝宝石应用领域，国内高纯氧化铝生产企业性价比优势明显、地域上更靠近客户，无疑会有巨大的优势，同时在高端高纯氧化铝领域，随着国内企业技术不断进步，技术领先、具备高性价比的国内优势企业将迅速实现进口替代，并且进军国际市场出口高纯氧化铝。

由于国内高纯氧化铝市场中高端进口垄断、低端饱和，因此高纯氧化铝替代进口，满足国内市场需求将是发展趋势。

未来几年，随着众多小规模生产商的加入，市场供给不断增加，高纯氧化铝市场需求也将保持高速的复合增长率，但是生产技术革新将不断降低生产成本，因此价格将持续降低。

5 结语

综合以上分析不难看出，国内市场未来几年对高纯氧化铝，尤其是高端高纯氧化铝的市场需求量将大幅增加，因此未来几年是高纯氧化铝生产企业发展的最佳时机，而产品的技术含量和品质将成为各企业进行市场竞争的最有力的武器。

另外需注意的是，基于高端高纯氧化铝市场前景的持续繁荣与高价带来的高利润，会吸引资本大量、快速涌入，产能与产量将迅速增加，以满足市场需求，可以预计不久的将来，供给将大于需求，导致价格与利润降低到合理的范围内。

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纳米氧化铝范文第8篇

1、概述

单晶涡轮叶片是高性能航空发动机研制的重要关键部件，使用性能要求高，制造难度大，被誉为“现代制造业皇冠上的明珠”。目前单晶叶片朝着单晶合金与高效冷却技术融合的方向发展，因此单晶叶片具有薄壁空心、内腔结构复杂等结构特点，要求陶瓷型芯应具有更好的高温性能。为适应这种需要，比硅基型芯具有更好高温性能的氧化铝陶瓷型芯在近些年得到迅速发展。与氧化硅基陶瓷型芯相比，氧化铝基陶瓷型芯化学稳定性、抗蠕变性能好，可保证内腔结构复杂的定向柱晶和单晶叶片的尺寸精度和合格率，并能降低叶片的制造成本，因此非常适合于使用温度大于1550℃内腔结构复杂的单晶叶片的浇注。

2、单晶叶片用氧化铝陶瓷型芯的发展

氧化铝陶瓷型芯以电熔刚玉作为基体材料，添加MgO、SiO2、TiO2及稀土氧化物作为矿化剂。由于电熔刚玉具有石英玻璃无法比拟的热强度和热稳定性，而且电熔刚玉在焙烧和使用过程中没有晶型转变，结构稳定，与电熔刚玉型壳具有相匹配的热膨胀率，因此氧化铝陶瓷型芯更适合于铸造单晶和共晶叶片。

欧洲某国家自20世纪70年代起就将氧化铝陶瓷型芯应用于生产单晶叶片，在氧化铝陶瓷型芯的研究和应用方面走在了世界前列[1]。目前氧化铝陶瓷型芯在该国家获得广泛应用。

我国氧化铝陶瓷型芯的研制起步于20世纪90年代后期，在此方面的研究均取得一些研究成果。进入21世纪后，国内各航空发动机制造公司也相继开展氧化铝陶瓷型芯的研究，并取得一定的技术突破。国内某研究院先后研究出型号为AC-1和AC-2的氧化铝基陶瓷型芯。其中AC-1型芯组成为：92%～99%的α-Al2O3，1%～8%的TC-1矿化剂，外加13%～18%的增塑剂。AC-1型芯已经应用于定向和单晶叶片的浇注。

国内某研究所制备了Al2O3/SiO2纳米复合陶瓷型芯。研究结果表明：SiO2加入纳米粉后，大大改善了材料的流动性，对陶瓷型芯的成型非常有利。这样，在同等条件下就能减少增塑剂的加入量，从而有利于陶瓷型芯综合性能的提高SiO2纳米粉的加入也改善了陶瓷型芯的烧结状态；加入SiO2纳米粉的陶瓷型芯的室温强度大幅度提高。

3、氧化铝陶瓷型芯的脱芯技术

氧化铝陶瓷型芯脱芯技术主要包括两个方面，一方面是型芯本身的脱芯性能，反映在其孔隙率的大小及强度的高低，其孔隙率越大，强度低一些，其脱芯性能也就越好；另一方面是脱芯的工艺方法，主要是脱芯设备。

在脱芯性能研究方面，西方某公司取得重大突破。其研制成功的复合型芯，即型芯外层具有坚实密集表面，而内部却具有蜂窝状多孔结构，型芯具有40%～60%的孔隙率，70Kg/cm2的机械强度，使其获得了良好的退让性及脱芯性能，从而能够有效地防止金属在凝固收缩过程中，因受型芯阻碍而在铸件内腔产生热裂纹，多孔的内部结构能使腐蚀液（KOH或NaOH溶液）较快地溶解型芯，从而达到脱出型芯的目的[5]。

氧化铝陶瓷型芯脱芯工艺方法有环保和非环保两种。非环保的方法为熔融氟盐法，氟离子的挥发对环境及人体都有非常大的危害保的方法为碱溶液脱除法，是氧化铝陶瓷型芯工程化应用重点发展的方向。但是由于氧化铝型芯的主要成分是刚玉，它在常压加热的条件下几乎不与强碱反应，因此很难脱除，需要在特殊条件下脱除。由于非环保脱芯受限制，环保脱芯困难，长久以来一直阻碍着此类型芯的应用。但是，目前由于单晶叶片研制与工程化的迫切需求，西方等航空发动机技术发达国家都不断加大氧化铝陶瓷型芯脱芯技术的研发力度，取得了长足的发展。如欧洲某国家已研制成功氧化铝陶瓷型芯的超高温高压强碱脱芯设备，4h～5h可将氧化铝型芯脱除，取得很好的脱芯效果，并已经取得工程化应用。西方等公司相继开发出高温高压喷射脱除氧化铝陶瓷型芯的专利技术。西方某公司的脱芯技术包括三个方面：一是把高压苛性碱液流引向型芯，将其软化或溶解。二是把高压苛性碱液体流定位在型芯的下面，将高压流以脉冲的方式向上冲向型芯，将型芯软化或溶解。三是可以用此高压流修整光亮铸件，将铸件型腔或表面的残渣清理掉。西方另一公司的脱芯技术为将叶片固定在喷射脱芯设备内，用高温高压苛性碱溶液对着型芯喷射。苛性碱溶为45%的KOH，温度为100～150℃，压力为400psi（约27个大气压）。

我国在氧化铝陶瓷型芯脱芯性能研究方面，处于一个相对较低的水平，某研究院研制的AC-2型氧化铝陶瓷型芯37%的孔隙率，与西方某公司研制的多孔氧化铝陶瓷型芯50%左右的孔隙率相比，具有较大差距，因此其脱芯比较困难。我们国家在脱芯设备方面也做了一些研究工作，并取得一定进展。某研究院研制的高温高压脱芯设备，其采用40%浓度的KOH溶液，加温260℃±5℃，加压（120～130）大气压，再配合高压水枪喷射叶片内腔，经多次脱芯，取得了可以接受的脱芯效果。

4、结束语

纳米氧化铝范文第9篇

本发明公开了一种象牙白陶瓷釉料及其上釉工艺，其釉料为由钠长石粉末、氧化锌粉末、碳酸钙粉末、碳酸镁粉末、高岭土粉末和氧化钛粉末按重量比为60～70∶18～26∶4～10∶5～10∶2～8∶2～10的比例均匀混合配制而成的粉剂；其上釉工艺包括以下步骤：（1）、球磨粉碎；（2）、加水搅拌制浆；（3）、上釉；（4）、坯体烧结：先进行低温烘烤，再进行高温烧结。本发明所配制象牙白陶瓷釉料的配制方法简单，所需原料少且其上釉工艺步骤简单、上釉效果好，同一釉色下整体呈亚光且装饰肌理部位呈发光透明，因而丰富了陶瓷釉色，有效克服了现有陶瓷制品所存在的同一釉色所呈现的光泽度相对较为单一、陶瓷釉色装饰效果较差等缺陷。

专利号：CN101973785A

一种大规格陶瓷墙板的制造方法

本发明公开了一种大规格陶瓷墙板及其制造方法。本发明是以建筑陶瓷行业的废料包括抛光废渣、水煤浆渣、煤渣、清沟泥等和粘土作为原料，经球磨、过筛除铁、喷雾干燥、成形、干燥、烧成、抛光或不抛光、磨边工序而成。其特征在于，原料配方中废料比例为70%～82％，粘土比例为18%～30％，其中废料中抛光废渣比例40％～75％；采用1050mm×2060mm大规格双模压机成形，坯体表面可以辅以渗花或印花，经1090～1200℃高温烧结而成，产品规格最大可达1100mm×2100mm，容重为0.7～1.4g/cm3；所述原料配方化学组成为：SiO2 50%～70％；Al2O3 18％～28％；Fe2O3+TiO2 1%～5％；CaO 1％～7％；MgO 1％～7％；K2O+Na2O 2%～6％。产品装饰效果丰富，具有轻质、隔热保温、防火、隔音等功能，是一种集装饰性与功能性为一体的新型建筑材料。

专利号：CN101979358A

Al掺杂SiC粉体的红外辐射涂料制备方法

本发明涉及将粒径为纳米级的Al掺杂SiC粉体用于高温红外辐射节能涂料的制备方法。本发明采用粒径为纳米级的Al掺杂SiC粉体，实现了定量的Al掺杂效应。该粉体在全波段(1～25μm)范围内的法向全发射率能够达到0.97～0.99，优于未掺杂纯SiC粉体0.90～0.95的数值。本发明就是利用这种粒径为纳米级的Al掺杂的SiC粉体，应用其高红外发射率的性质，制成高温红外辐射涂料，经测试该涂料的法向全发射率ε在常温至1400℃范围内始终大于0.90，且高温下衰减缓慢。本发明得到的高温红外辐射节能涂料可应用于冶金、陶瓷、石化领域的高温炉体，或应用于医疗保健领域中起治疗和保健功效的高效远红外理疗辐射板。

专利号：CN101974259A

一种降低氧化铝陶瓷烧成温度的方法

本发明公开一种降低氧化铝陶瓷烧成温度的方法，其步骤包括：将硅溶胶、钙的化合物、镁的化合物溶解于溶剂中形成混合溶液，同时将其pH值调至4.5～8.0；然后将氧化铝粉体加入并球磨，干燥后在800～1200℃进行煅烧；向上述煅烧后的粉体中添加粘合剂，然后进行造粒、压片、排胶，再在1350～1550℃完成陶瓷烧结。该方法工艺简单，通过pH值的调节来控制硅溶胶的凝胶化转变，从而使得硅钙镁助剂均匀包覆在氧化铝粉体表面，并在煅烧过程中生成纳米级的颗粒，在利用纳米颗粒细小粒径填补氧化铝粉体间隙的同时，利用纳米颗粒的高表面活性与氧化铝反应生成玻璃相，从而在少量助剂添加基础上，最大程度地降低氧化铝陶瓷的烧成温度。

专利号： CN101973760A

一种陶瓷抛光废料烧制多孔过滤陶瓷砖的方法

本发明公开了一种陶瓷抛光废料烧制多孔过滤陶瓷砖的方法。该方法是利用建筑陶瓷抛光废料50％～70％，与煅烧氧化铝18％～22％、烧滑石0～10％、轻质氧化镁28％～35％混合，经过原料处理、粉料制备、压制成形和烧结等工艺而实现的。本发明所制备的多孔过滤陶瓷砖不仅具有环保净化的功能，而且有着较高的断裂模数和良好的过滤性能；既可有效地解决建筑陶瓷抛光废料的处理问题，又可节约天然陶瓷原料；利用陶瓷抛光废料烧制堇青石质多孔过滤陶瓷砖工艺过程简单、成本低，在液体污染处理和精密过滤等领域有着良好的应用前景。

纳米氧化铝范文第10篇

【关键词】陶瓷；刀具；赛阿龙；立方氮化硼

0 引言

随着工业水平的提升，科学技术的不断发展，随着数控机床的迅速升级，出现了各种各样传统的硬质合金刀具难以加工的高硬度、高强度、耐磨、耐高温等特性的具有高难度的新型加工材料。而陶瓷刀具作为新型的切削刀具材料，由于其不但拥有良好的高速切削性能，还能进行干切削，满足了实际的生产需求，使得陶瓷刀具在切削加工中起到了越来越重要的作用。陶瓷刀具的大量应用也印证了新技术的不断进步。

1 氧化铝基陶瓷

氧化铝基陶瓷是目前市面上应用最广的陶瓷刀具材料。该系列刀具以氧化铝为主体，通过添加的成分不同可分为纯氧化铝陶瓷、氧化铝-碳化物系陶瓷、氧化铝-金属系陶瓷和氧化铝-碳化物-金属系陶瓷。其中的纯氧化铝陶瓷由于性能较差，切削时易崩刃，已逐渐被其他氧化铝复合陶瓷取代。氧化铝-碳化物系陶瓷是一种发展速度快、使用性能好的陶瓷刀具材料，具有相当高的硬度和抗弯强度，而氧化铝-金属系陶瓷由于其抗氧化性差所以极少被采用。氧化铝基陶瓷具有良好的耐高温性和耐磨性，在高温下仍可保持稳定的化学性能，具有良好的抗粘结能力，工件表面粗糙度低。但是由于氧化铝基陶瓷中含有大量铝元素，使其与金属铝有较强的亲和力，在加工铝合金工件时会出现较大的磨损，故氧化铝基陶瓷刀具不适合加工切削铝合金工件。[1]

2 氮化硅基陶瓷

氮化硅基陶瓷刀具是从20世纪80年展起来的非氧化物工程陶瓷刀具材料。它是以高纯度的氮化硅为原料，添加MgO、AL2O3，Y2O3等为助烧结剂，通过热压成型烧结而成。具有较高的强度和抗弯强度、良好的耐磨性、耐热性、化学稳定性和耐热冲击性，相对于以往陶瓷刀具要搞的疲劳强度，以及良好的断裂韧性。在许多方面其性能都超过了氧化铝陶瓷，但是在切削钢材方面不如氧化铝陶瓷效果好，因此不适合加工钢材。现阶段应用较为广泛的氮化硅基陶瓷种类有单一氮化硅陶瓷及氮化硅复合陶瓷。[1，4]

3 复合氮化硅―氧化铝陶瓷

Si3N4-Al2O3-Y2O3复合陶瓷叫赛阿龙（Sialon）。最初由英国研制成功，是将氧化铝和氮化硅热压烧结产生的固溶体。相比于氮化硅陶瓷，具有更好的耐热性、耐磨性、化学稳定性、抗蠕变能力、抗塑性变形和抗氧化性。赛阿龙陶瓷刀具适合进行高速切削、强力切削、断续切削，而且不仅适合于干切削，也适合于湿切削。赛阿龙陶瓷是加工铸铁、镍基合金、钛基合金和硅铝合金的理想道具。因为与钢的化学亲和力大，赛阿龙陶瓷刀具不适合加工钢材。目前国际上对于该陶瓷刀具的研究非常活跃，在各个方面的研制都取得了良好的成果。[2-5]

4 钛基金属陶瓷

钛基金属陶瓷是陶瓷和金属的复合材料。作为以TiC为主要成分的合金，拥有和陶瓷相近的硬度和耐热性，但有着比陶瓷更高的抗弯强度和断裂韧性，而且化学稳定性好，具有良好的抗氧化性及抗月牙洼磨损和抗粘结能力。其中的80%是作为硬质相的金属碳化物，其余为作为粘结剂的铁、钴、镍等金属相。主要应用于数控领域中，其可加工范围覆盖了大部分的种类的铸铁、金属和非金属材料，以及各种钢材和耐热合金等。为了配合生产可以制作成各种机类可转位刀具或各种尺寸较小的整体复杂刀具使用。现在有着巨大潜力的钛基金属陶瓷，在将来也是数控领域中重要的刀具品种。[6]

5 氧化锆基陶瓷

选择二氧化锆作为提高陶瓷性能的原因是二氧化锆具有耐热，耐磨，耐高温，耐腐蚀，稳定性高，导电性好，热膨胀系数大等特点。氧化锆基陶瓷种类繁多，这是由于氧化锆具有多种相态，而以不同的形态存在时具有不同的性能造成的。目前应用最多有四方氧化锆多晶体（TZP）、部分稳定氧化锆（PSZ）、以TZP或PSZ为基体的增韧陶瓷和以氧化锆为分散相的复相陶瓷。这些不同种类的氧化锆基陶瓷因为其各异的优良性能在相应的场合有着广泛的应用。而氧化锆基陶瓷的优异性能使得其成为应用面最广的氧化物陶瓷之一。[7，9-10]

6 纳米陶瓷刀具

纳米复合材料陶瓷是以陶瓷为基体把纳米颗粒、纳米晶须及纤维扩散到其中来起到强化的作用，强化后的纳米复合材料它力学性能、蠕变强度、抗弯强度、断裂韧性和耐高温性能都得到了显著的提高。在切削性能方面纳米复合陶瓷刀具的耐磨性和切削速度显著增强。目前使用纳米技术制备的陶瓷刀具有：纳米复合陶瓷刀具材料和纳米涂层陶瓷刀具材料。其中纳米涂层陶瓷刀具的涂层方法可以采用多种材料的不同组合来满足不同的功能和性能的需求[11]。

7 涂层金属陶瓷刀具

涂层金属陶瓷刀具的涂层分为硬涂层和软涂层，目前硬涂层包括TiN、TiC、Ti（CN）、TiALN、CrN等一系列金属氮化物。其中TiN的应用最广泛。硬涂层是提高刀具的硬度和耐磨性。并且在一般情况下可进行多层复合涂层。软涂层主要以MoS为基的涂层。其作用是降低摩擦系数，且软硬涂层还能复合使用。涂层刀具的出现，使刀具的切削性能得到了很大的增强。应用领域不断扩大，特别应用于数控加工领域。目前涂层金属陶瓷刀具发展迅速，在陶瓷涂层的研究中，为了得到较厚的涂层，现在工业的一般做法是按照涂层的组分按一定的比例梯度配比进行涂层，来消除金属和陶瓷因为膨胀系数的不同而产生的应力，这样既能加厚了涂层还能保证涂层与金属的紧密结合以保证使用的可靠和稳定性。目前这类陶瓷也有了成果如山东大学机械工程学院已开发成功了陶瓷一硬质合金复合刀片FH-1和FH-2以及复相梯度陶瓷刀具材料FG-1、FG-2等[7]。

8 有机改性陶瓷

有机改性陶瓷又称为聚合陶瓷或有机改性硅酸盐是由无机盐和聚合物以分子和原子为基础聚合而形成的复合材料，它也是以纳米为基础的。它的特点是：复合尺度达到纳米水平，复合材料之间是以化学键相结合的，所以它的性能比起以往的陶瓷刀具可以说是又进了一个台阶。并且制备有机改性陶瓷的温度适中，最终产物的均匀融合度好，性能优良，已普遍得到人们的重视，不过要想得到更加优良的性能开发其潜在的用途还有待于进一步研究[7]。

9 增韧陶瓷刀具

9.1 相变增韧陶瓷

自Garvie首先研制成功高韧性的氧化锆陶瓷， 并提出相变增韧理论， 经过了这么多年的精心研究，在相变增韧方面也取得了不少成果，如Mg（ Ca或 Y）PSZ， Y （ Ce）TZP，ZTA，TTZ ，ZTM，ZDC等。其中TZP 和 PSZ 陶瓷属于高温结构陶瓷；相变增韧氧化锆系（ TTZ） 陶瓷属于耐磨陶瓷；而氧化锆弥散陶瓷（ ZDC）是现在技术中比较经济适用的增韧方法。其增韧机理是通过控制烧结工艺使其内部微观组织产生增韧相以实现增韧的作用[8]。

9.2 纤维（ 晶须）增强陶瓷

陶瓷基体中含有一定长度的晶须以及类晶须状的不连续弹性增韧相时， 断裂过程中纤维的拔出、桥联使裂纹扩展的耗散能量增加， 从而提高了陶瓷的抗冲击韧性。经研究表明用两种或两种以上的增韧补强机理对陶瓷的协同作用有很大的研究价值，这使人们对多组份陶瓷的组成工艺和结构性能的关系有了研究兴趣。据了解SiCw是最普遍的增韧体。目前研究的材料有：SiC/ZrO2，J、SiC。/A12O3、SiCw/Si3N4等用以增强MoSi2， Al2O3，ZrO2， Si3N4， 以及玻璃及微晶玻璃等[8]。

9.3 颗粒弥散强化陶瓷

颗粒弥散复合陶瓷即用第二相颗粒的加入来使材料在外力作用下产生塑性变形时阻碍位错的滑移或产生蠕变去缓解应力集中，来达到增韧的效果，并且因二相粒子的种类数量、含量多少、分布情况、结晶形状及尺寸大小的不同， 对基体材料的增强韧化程度和机理也不相同。目前研究的颗粒弥散陶瓷材料有SiC 弥散 Al2O3， TiC/Ni 复合材料， Al2O3-TiC 陶瓷， B4C 复合Al2O3基陶瓷， TiB2/Al2O3等[7]。

9.4 协同增韧陶瓷

协同增韧陶瓷是通过多种增韧机制的共同作用所引起的协同效应来设计复相陶瓷。研究结果表明：各种增韧机理之间是可以相互作用的，但是不是每种增韧机理的叠加都会产生协同效果，而且协同增韧的效果也不是几种增韧效果的简单相加。

10 立方氮化硼[12]

立方氮化硼（cBN）是一种人工合成的超硬材料，其硬度仅次于金刚石，具有很高的热稳定性，PcBN刀具在1000℃以下不会出现氧化现象，化学稳定性好，导热性好，摩擦系数低。在现代机械加工行业得到了广泛的应用。由于PcBN加工的对象种类繁多，因此刀具材料的选择尤为重要。根据体系中是否加入结合剂，可以分为有结合剂的PcBN，表面镀覆PcBN和纯PcBN。

（1）有结合剂的PcBN

目前PcBN的结合剂有两种类型。第一种，是由金属及其合金组成的结合剂。这种结合剂对增强PcBN的韧性有良好的作用，缺点是在高温条件下这种结合剂会软化，耐磨性降低。第二种，是陶瓷与金属合金组成的结合剂。这种结合剂解决了高温条件下软化的问题，可是抗冲击性变差了，寿命变了短。目前来看，有结合剂的PcBN正朝着高断裂韧性、高耐磨性方向发展。

（2）表面镀覆PcBN

表面镀覆PcBN是指在PcBN的表面，镀覆陶瓷镀层，如TiN，TiC，Tiw等。实验结果表明，镀层能够提高PcBN刀具的切割性能。

（3）纯PcBN

由于有结合剂的PcBN中存在非cBN的组分，降低了硬度和强度，因此就有了纯PcBN的发展，但是纯的PcBN又有一些新的问题，如韧性不足等。

11 结束语

新型陶瓷刀具材料优势明显，发展空间非常巨大。通过对陶瓷刀具的材料、组分、制备工艺、增强机理、材料设计等方面的研究，可以在保持高硬度、高耐磨性的基础上，提高刀具材料的韧性和抗冲击性能，制备出符合现代切削技术要求的材料。陶瓷刀具的研究和发展是一个比较热门的话题，而陶瓷刀具的不断发展和应用必当给机械加工业带来一场新的变革，随着性能更加优良的陶瓷刀具的不断开发和应用，我国的机械制造业定会掀起一场非凡的革命。

【参考文献】

[1]闫石，陈爽，张葆青.陶瓷刀具的应用与发展[J].制造技术与机床，2011，7，53-55.

[2]张慧.新型陶瓷刀具材料及其发展前景[J].机械研究与应用，2006，19，2，1-2，5.

[3]于启勋.现代刀具材料系列讲座（八）新型刀具材料――陶瓷[J].机械工程师，2001，8，67-80.

[4]郭春丽.陶瓷材料在机械工程中的应用[J].陶瓷，2005，12，45-47.

[5]于启勋，朱正芳.刀具材料的历史、进展与展望[J].机械工程学报，2003，39，12，62-66.

[6]孙和.陶瓷刀具研究及应用分析[J].中国科技信息，2012，4：105.

[7]黄传真，孙静，刘大志，刘含莲，邹斌.陶瓷刀具材料的研究现状[J].组合机床与自动化加工技术，2004，10.

[8]徐利华，丁子上，黄勇.高组元陶瓷复合材料的研究与开发[J].硅酸盐通报，1996，6，42.

[9]欧阳胜林.黑色氧化锆陶瓷刀的研制[J].现代技术陶瓷，2008，4：10-12.

[10]余鑫萌，徐宝奎，袁发得.二氧化锆的稳定化及其应用[J].稀有金属快报，2007，26，1：28-32.

[11]岑向东，谢国如.新型陶瓷刀具的研究[J].现代机械，2009，4，3-4，13.