本發(fā)明提供層狀陶瓷及其制備方法，涉及仿生原理制備高韌性陶瓷材料制備。

背景技術(shù)：

1、陶瓷材料具有硬度大、強度高、模量高、耐高溫、耐腐蝕、絕緣等優(yōu)異特性，被廣泛應(yīng)用于能源、醫(yī)療、航天航空、電子、國防軍工、化工、機械等諸多領(lǐng)域。但陶瓷材料存在脆性易斷的問題，降低其可靠性，在使用過程中容易發(fā)生斷裂、破碎等問題，限制了陶瓷材料在對可靠性型要求更高的領(lǐng)域應(yīng)用，同時也影響產(chǎn)品的使用壽命和安全性。

2、技術(shù)人員最開始通過顆粒彌散、第二相和長纖維或晶須進行增韌。從宏觀的尺度上看,多組分的彈性模量的相互失配可以抑制裂紋的擴展，使得裂紋改變初始的斷裂方向，裂紋通過偏轉(zhuǎn)消耗能量，降低了裂紋尖端的應(yīng)力，進而可以抑制裂紋的擴展，提高了斷裂韌性。但是這些方法的增韌效果有限，不能從根本上解決問題。cn?114292112a專利提供一種仿生泥磚結(jié)構(gòu)高強韌陶瓷材料及其制備方法，第二相懸浮液對陶瓷微珠均勻浸漬，通過加壓燒結(jié)制備具有仿生“泥-磚”結(jié)構(gòu)的高強韌陶瓷基復(fù)合材料，提高陶瓷材料的抗彎強度，但對斷裂韌性改善較小，所得的不能滿足對韌性要求較高的領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供層狀陶瓷及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中陶瓷材料韌性較差，不能滿足某些領(lǐng)域應(yīng)用要求的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，包括基體層材料與界面材料，所述基體層材料與所述界面材料一層一層交替鋪排。

3、作為進一步地優(yōu)選，所述基體層材料包括氮化硅、氮化鈦和燒結(jié)助劑。

4、作為進一步地優(yōu)選，所述界面材料包括氮化硼。

5、本發(fā)明還提供層狀陶瓷的制備方法，包括如下步驟：

6、(1)制備基體層材料

7、混合氮化硅、氮化鈦和燒結(jié)助劑，進行球磨；

8、(2)預(yù)成型

9、將步驟(1)中的基體層材料與界面層材料在模具中一層一層地交替鋪排，預(yù)壓成型；

10、(3)放電等離子燒結(jié)

11、將步驟(2)的得到成型樣品與模具共同進行燒結(jié)，燒結(jié)條件為：氮氣氛圍，溫度1900℃～2000℃，時間20～40min。

12、作為進一步地優(yōu)選，所述步驟(2)中，所述基體層材料和界面層材料的質(zhì)量比為5:1。

13、作為進一步地優(yōu)選，所述界面層材料為氮化硼。

14、作為進一步地優(yōu)選，所述氮化硅、所述氮化鈦和所述燒結(jié)助劑的質(zhì)量比為25:2.5:1。

15、作為進一步地優(yōu)選，所述步驟(1)中，球磨條件為：300r/min，24h。

16、作為進一步地優(yōu)選，所述步驟(3)中，燒結(jié)壓力為30mpa。

17、作為進一步地優(yōu)選，所述步驟(2)中預(yù)壓的方式為手動預(yù)壓。

18、本發(fā)明的有益效果，通過微納結(jié)構(gòu)調(diào)控，從納米級別上使用氮化硅與氮化鈦作為基體層，氮化硼為界面層，以通過調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)改變材料的力學(xué)性能，制備“磚-泥”層狀結(jié)構(gòu)陶瓷材料，可很好的解決了傳統(tǒng)氮化硅陶瓷易脆斷裂，韌性低，應(yīng)用范圍受限的問題。層狀陶瓷斷裂韌性最高能達到17.37mpa·m1/2，抗彎強度同時在415mp。本發(fā)明的陶瓷材料可以應(yīng)用至海洋船舶制造等領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.層狀陶瓷，其特征在于，包括基體層材料與界面材料，所述基體層材料與所述界面材料一層一層交替鋪排。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀陶瓷，其特征在于，所述基體層材料包括氮化硅、氮化鈦和燒結(jié)助劑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀陶瓷，其特征在于，所述界面材料包括氮化硼。

4.如權(quán)利要求1所述的層狀陶瓷的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述基體層材料和界面層材料的質(zhì)量比為5:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述界面層材料為氮化硼。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述氮化硅、所述氮化鈦和所述燒結(jié)助劑的質(zhì)量比為25:2.5:1。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中球磨條件為：300r/min，24h。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中燒結(jié)壓力為30mpa。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中預(yù)壓的方式為手動預(yù)壓。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供層狀陶瓷及其制備方法，涉及韌性陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，層狀陶瓷包括基體層材料與界面材料，所述基體層材料與所述界面材料一層一層交替鋪排，制備方法包括以下步驟：(1)制備基體層材料：混合氮化硅、氮化鈦和燒結(jié)助劑，進行球磨；(2)預(yù)成型：將步驟(1)中的基體層材料與界面層材料在模具中一層一層地交替鋪排，預(yù)壓成型；(3)放電等離子燒結(jié)：將步驟(2)的得到成型樣品與模具共同進行燒結(jié)，燒結(jié)條件為：氮氣氛圍，溫度1900℃～2000℃，時間20～40min。本發(fā)明具有調(diào)整陶瓷結(jié)構(gòu)，提高陶瓷材料韌性的有益效果。

技術(shù)研發(fā)人員：喬竹輝,沈興華,湯華國,于源,李彤陽,王魯杰
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9