高能态微米尺度粉体的低温烧结制备细晶陶瓷与致密化过程研究

Nano-sized powders are densified for fabricating fine-grained ceramics at low temperature. However, nano-sized powders are easily agglomerated, and that grain growth during sintering process is inevitable. Thus, it is still a challenge for using nano-size powders to prepare fine grain ceramics.. In this project, a novel method is proposed for fabricating fine-grained ceramics at low temperature. Firstly, mesoporous powders such as Y2O3, Al2O3, ZrO2, YAG powders with different pore size are synthesized; secondly, these mesoporous powders break into smaller particles and order-structure developing process of these powders during sintering process are investigated in detail, and the mechanism of sintering driving force increasing will be given; finally, the microstructure and properties of as-prepared bulk materials are investigate. The purposes of the project is developed a new route to prepare fine-grained ceramics used micro-sized powders as starting materials at low temperature.

为了获得细晶陶瓷材料，通常利用低温烧结致密化纳米尺度的粉体来实现。但是由于纳米粉体具有高表面能，导致粉体易团聚并且烧结过程中晶粒生长难以控制，所以采用纳米粉体制备细晶陶瓷仍然存在着技术上难题。. 针对上述问题，本项目提出了采用具有特殊微结构的微米尺度粉体（如介孔Y2O3、Al2O3、ZrO2，YAG等）为原料，建立一种低温烧结制备细晶陶瓷材料的新方法。首先合成具有不同微结构（不同孔径尺寸等）粉体，然后研究烧结致密化过程中其微结构坍塌（例如有序孔道破坏）使得微米尺度原料颗粒演变成小颗粒过程，阐明烧结过程中由于颗粒尺寸演变原位增加烧结驱动力的烧结机理，最后进行材料结构与性能的研究。 通过本项目的研究，发展一种采用微米尺度粉体低温烧结制备细晶陶瓷的可行途径。

为了获得细晶陶瓷材料，通常利用低温烧结致密化纳米尺度的粉体来实现。但是由于纳米粉体具有高表面能，导致粉体易团聚并且烧结过程中晶粒生长难以控制，所以采用纳米粉体制备细晶陶瓷仍然存在着技术上难题。针对这一问题，本项目提出了采用具有特殊微结构的微米尺度粉体（如介孔Y2O3、Al2O3、MgO、YAG、SiO2、羟基磷灰石等）为原料，建立一种低温烧结制备细晶陶瓷材料的新方法。主要研究内容是对具有特殊微结构微米尺度氧化物(Y2O3、Al2O3、MgO、YAG、SiO2等)粉体的合成、烧结致密化过程、微结构调控工艺等方面开展系统研究，阐明粉体的低温烧结致密化的机理，建立微结构可控细晶陶瓷材料的制备技术，并进行陶瓷功能化的研究。项目成功合成了Y2O3、Al2O3、MgO、YAG、SiO2、羟基磷灰石等多种具有特殊微结构微米尺度粉体，对这些粉体的烧结致密化过程和微结构调控工艺等进行了系统的研究，阐明了粉体的低温烧结致密化的机理，建立了微结构可控细晶陶瓷材料的制备技术，获得了性能优异的Y2O3、Al2O3、MgO、YAG、BN陶瓷材料；在此基础上，采用YAG荧光粉等对SiO2、Y2O3、羟基磷灰石等进行了功能化的研究，制备得到了具有良好发光性能的玻璃陶瓷材料。在本项目的资助下，相关成果在陶瓷材料领域高水平期刊发表 SCI 论文15篇；申请国家发明专利4项，授权1项；培养博士生2名、硕士生5名。通过本项目的实施，建立了一种采用微米尺度粉体低温烧结制备细晶陶瓷的新技术，对细晶陶瓷的制备提供了全新的方案，具有重要的科学价值和意义。