一种用于陶瓷材料制备的多元烧结助剂添加方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料制备技术领域，特别涉及一种用于陶瓷材料制备的多元烧结助剂添加方法。
背景技术
陶瓷烧结助剂通常用于高熔点、高烧结温度陶瓷材料的烧结，其目的在于通过添加陶瓷烧结助剂从而明显地降低高熔点陶瓷的烧结温度，获得致密的性能优良的陶瓷制品，且降低能耗和制备成本。其中，多元烧结助剂可以通过各组元的协同作用，有效地降低烧结温度，制备出综合性能优良的材料，进而在陶瓷材料的制备过程中广泛使用。
目前，现有陶瓷烧结助剂的主要添加方法是将烧结助剂加到陶瓷粉体后通过机械球磨混料，这种方法要求陶瓷烧结助剂的用量较多，烧结助剂各组元、烧结助剂与陶瓷材料之间的混合均匀程度相对较差，容易出现烧结助剂局部偏聚或缺失，不利于陶瓷材料的均匀烧结，极易形成欠烧及晶粒过度变大等现象，对陶瓷性能具有十分不利的影响。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于陶瓷材料制备的多元烧结助剂添加方法，以克服现有技术上的缺陷，以实现少量烧结助剂各组元之间的均匀分布及烧结助剂在陶瓷粉体中的均匀分散，利用原位生成的氧化物作为助烧结剂，可以提高陶瓷粉体颗粒烧结的均匀性，改善烧结助剂的助烧结效果，降低烧结温度。
为实现该目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于陶瓷材料制备的多元烧结助剂添加方法，首先向多元可溶性金属盐溶液中加入络合剂加热搅拌形成溶胶，然后加入陶瓷粉体超声分散，搅拌混合，接着加热脱除溶剂得到混合粉体，混合粉体经热处理后，在陶瓷粉体表面原位生成了陶瓷烧结助剂所对应的氧化物，最后在较低烧结温度下获得性能优良的陶瓷材料。
作为优选，用于陶瓷材料制备的多元烧结助剂添加方法，步骤如下：
1)、称取多元烧结助剂所对应的可溶性金属盐，加入溶剂溶解，得到混合溶液；
2)、向混合溶液中添加络合剂，加热搅拌溶解形成溶胶；
3)、将陶瓷粉体加入溶胶中超声分散，搅拌混合均匀，然后加热脱除溶剂得到混合粉体；
4)、将混合粉体在马弗炉中煅烧热处理，在陶瓷粉体的表面原位生成纳米氧化物；即烧结助剂以所对应的纳米氧化物以涂层的形式包裹于陶瓷粉体颗粒的表面从而实现烧结助剂的添加；
5)、将步骤4)所得粉体压制成型后，在较低的温度下烧结获得性能优良、致密的陶瓷。
作为本发明的进一步优选技术方案，添加方法中：
步骤1)中烧结助剂的添加量为陶瓷粉体质量的0.05～10wt％。多元烧结助剂为Li2O、NiO、FeO、Fe2O3、Co3O4、MnO、MnO2、MgO、ZnO、Al2O3、ZrO、Bi2O3、CaO、CuO、SrO、TiO2、Y2O3、La2O3、Er2O3、Yb2O3、Dy2O3、Sc2O3、Lu2O3、Sm2O3、Gd2O3、Pr2O3、Nd2O3、B2O3、CeO2、BeO中的两种或多种组成的二元或多元体系，多元烧结助剂所对应的可溶性金属盐为对应金属离子的硝酸盐、氯化盐或硫酸盐。步骤1)中溶剂为水、乙醇，得到混合溶液的浓度为0.01～0.5g/mL。
步骤2)中以混合溶液中全部阳离子与络合剂的摩尔比为1：1～2.5的比例添加络合剂，络合剂为柠檬酸、甘氨酸、草酸、乙二醇。加入络合剂后在60～90℃下加热搅拌1～5h形成溶胶。
步骤3)中溶胶的体积是陶瓷粉体体积的0.5～10倍。
步骤4)中煅烧热处理温度600～900℃，煅烧热处理时间为2～6h。
步骤5)中烧结温度为1100～1600℃，烧结时间为1～5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
本发明首先向多元可溶性金属盐溶液中加入络合剂加热搅拌形成溶胶，然后加入陶瓷粉体超声分散，搅拌混合，接着加热脱除溶剂得到混合粉体，混合粉体经热处理后，在陶瓷粉体表面原位生成了陶瓷烧结助剂所对应的氧化物，实现了烧结助剂的均匀分散，进而促进了陶瓷内部各烧结助剂元素的均匀分布，最后在较低烧结温度下获得性能优良的陶瓷材料。
附图说明
图1是本发明实施例1中制备Al2O3陶瓷的SEM图。
图2是本发明实施例2中制备La10Si6O27陶瓷的SEM图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步详细说明本发明的用于陶瓷材料制备的多元烧结助剂添加方法。
实施例1
利用原位生成的纳米氧化物(TiO2、CuO和MgO)作为烧结助剂制备Al2O3陶瓷的方法，步骤如下：
1)、称取2.85g的四氯化钛(TiCl4)、4.06g的氯化铜(CuCl2)和1.47g的硝酸镁(Mg(NO3)2)溶于50mL的乙醇中，搅拌形成均匀透明的澄清溶液。
2)、向溶液中加入15.89g的柠檬酸，在60℃下加热搅拌2h形成溶胶。
3)、取100g的氧化铝粉体与步骤2)制得的溶胶搅拌分散研磨混合，然后在通风装置中边搅拌边加热，直至完全烘干得到混合粉体。
4)、将所得混合粉体在马弗炉中600℃煅烧2h，在Al2O3粉体的表面原位均匀生成TiO2、CuO和MgO纳米氧化物。即纳米氧化物TiO2、CuO和MgO以烧结助剂的形式均匀分布于陶瓷粉体颗粒的表面而实现烧结助剂的添加。
5)、将步骤4)所得粉体压制成型，在1550℃下保温烧结4h，获得的Al2O3陶瓷的相对密度为95.8％，抗弯强度为420MPa。
图1是本发明实施例1中制备Al2O3陶瓷的SEM图，通过图1可以看出：晶粒之间结合紧密，微孔数目较少，样品致密度较好。
实施例2
利用原位生成的纳米氧化物(Li2O、Al2O3)作为烧结助剂制备La10Si6O27陶瓷的方法，步骤如下：
1)、称取0.46g的硝酸锂(LiNO3)和3.36g的硫酸铝(Al2(SO4)3)溶于100mL的去离子水中，搅拌形成均匀透明的溶液。
2)、向溶液中加入2.48g的甘氨酸，在80℃下加热搅拌4h形成溶胶。
3)、取200g的La10Si6O27陶瓷粉体与步骤2)制得的溶胶搅拌分散研磨混合，然后在通风装置中边搅拌边加热，直至完全烘干得到混合粉体。
4)、将所得混合粉体在马弗炉中700℃煅烧2h，在La10Si6O27粉体的表面原位均匀生成Li2O、Al2O3纳米氧化物。即纳米氧化物Li2O、Al2O3以烧结助剂的形式均匀分布于陶瓷粉体颗粒的表面而实现烧结助剂的添加。
5)、将步骤4)所得粉体压制成型，在1450℃下保温烧结2h，获得La10Si6O27陶瓷的相对密度大于97％，在800℃电导率为0.02s/cm。
图2是本发明实施例2中制备La10Si6O27陶瓷的SEM图，通过图2可以看出：样品致密度良好，无明显的气孔存在，晶粒之间结合紧密。
需要指出的是，本发明不仅仅限于以上列举的实施例，凡是能从本发明内容直接导出或启示联想得到的相关技术均应属于本发明涵盖保护的范围。
