??
本文以通過制備納米陶瓷基金屬?gòu)?fù)合材料的手段，解決陶瓷材料的脆性問題為目標(biāo)。其思路為：首先制備納米的金屬包覆型陶瓷復(fù)合粉體。這樣，在隨后制備塊材的燒結(jié)過程中，金屬表面層可抑制納米陶瓷粉體的融合長(zhǎng)大，使粉體在燒結(jié)后保持納米尺寸，從而發(fā)揮納米尺寸對(duì)韌性的作用;同時(shí)通過引入均勻分布的韌性金屬相，進(jìn)一步改善陶瓷的脆性。因此，本文的研究?jī)?nèi)容設(shè)定為用化學(xué)鍍的方法在納米級(jí)的Al_2O_3陶瓷粉體上包覆金屬鈷，制備納米的金屬包覆型陶瓷復(fù)合粉體。 實(shí)驗(yàn)中所用的Al_2O_3粉體平均粒徑為10～20nm，化學(xué)鍍鈷前進(jìn)行了必要的預(yù)處理，使Al_2O_3粉體表面具有催化活性。化學(xué)鍍鈷溶液為堿性的次亞磷酸鈉為還原劑的鍍液，鍍覆在中溫或低溫、超聲波的條件下進(jìn)行。鍍速用增重法，鍍液成分用化學(xué)滴定法確定。用Philips EM430型高分辨率透射電鏡(HRTEM)觀察復(fù)合粉體的形貌;D/3AX 3B型X-射線衍射儀分析復(fù)合粉體的物相組成;用美國(guó)PE公司的DELTA SERIES DSC7差示掃描量熱儀對(duì)復(fù)合粉末進(jìn)行DSC分析，以確定復(fù)合粉末是否在升溫過程中發(fā)生了相變。 首先探討了納米粉體超聲波化學(xué)鍍的可行性。超聲波的加入可使鍍覆在室溫下進(jìn)行，并加快鍍覆過程，更重要的是提高了粉體鍍覆的均勻性。對(duì)超聲波化學(xué)鍍鈷所得復(fù)合粉體的HRTEM高分辨率透射電鏡觀察表明，粉體顆粒的粒徑由原來的10～20nm增加到50～60nm;顆粒由鍍覆前有棱角的顆粒狀變成近似球形;所得粉體大小相近，未發(fā)現(xiàn)因團(tuán)聚導(dǎo)致的鍍覆不均勻現(xiàn)象;X衍射分析結(jié)果表明化學(xué)鍍所得復(fù)合粉體表面包覆了一層Co-P合金。 本文對(duì)鍍液組成與施鍍工藝條件與納米粉末超聲波化學(xué)鍍鈷的關(guān)系進(jìn)行了深入研究。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，納米Al_2O_3粉體鍍覆開始并經(jīng)過一段時(shí)間后，反應(yīng)會(huì)自動(dòng)停止。對(duì)鍍覆后鍍液成分的分析表明，反應(yīng)自發(fā)停止的原因是由于鍍液pH值過低或鍍液中次亞磷酸鈉在施鍍過程中被消耗，使其濃度下降到極低所致。本文定義該段時(shí)間為“反應(yīng)時(shí)間”，并研究了鍍液pH值、施鍍溫度、硫酸鈷與檸檬酸 納濃度、次亞磷酸鈉濃度、硼酸濃度、裝載量、超聲波頻率及功率、預(yù)處理?xiàng)l件 等工藝參數(shù)對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響。結(jié)果表明，鍍液PH值、施鍍溫度提高，由于反 應(yīng)的速度加快，使反應(yīng)時(shí)間縮短;硫酸鉆濃度提高，有助于加快反應(yīng)速度，從而 縮短反應(yīng)時(shí)間;檸檬酸納濃度提高，使鍍液穩(wěn)定性升高，對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響等效 于硫酸鉆濃度的降低;而次亞磷酸鈉濃度提高，雖然反應(yīng)的速度加快，但由于可 用于還原的量增加，因此反應(yīng)時(shí)間增加;裝載量提高，因能鍍覆的表面積增加， 使反應(yīng)時(shí)間縮短。超聲波頻率與功率和預(yù)處理?xiàng)l件也會(huì)對(duì)反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生影響。 鍍液組成及工藝參數(shù)對(duì)鍍速，即單位反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的增重也有很大的影響。本 文研究了鍍液PH值、施鍍溫度、硫酸鉆與檸檬酸納濃度、次亞磷酸鈉濃度、硼 酸濃度、裝載量等與鍍速的關(guān)系。這些因素通過影響化學(xué)鍍反應(yīng)時(shí)間和粉末增重 而影響鍍速。結(jié)果表明，鍍液pH值和施鍍溫度升高，鍍速提高;提高硫酸鉆濃 度，可以增加鍍速;檸檬酸納濃度提高，鍍液穩(wěn)定性增加，鍍速下降;隨次亞磷 酸鈉濃度的提高，鍍速先增加而后下降，在 20g/l時(shí)存在一個(gè)最大值;硼酸能夠 緩沖鍍液pH值的變化，鍍速隨硼酸濃度的提高而增加，當(dāng)硼酸量能夠保證化學(xué) 鍍反應(yīng)進(jìn)行完全時(shí)，鍍速不再發(fā)生變化。 本文還研究了鍍液的組成及施鍍工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合粉體相結(jié)構(gòu)的影響。粉體 X-ray分析的結(jié)果表明，次亞磷酸鈉量的升高，會(huì)使復(fù)合粉體中的Co干合金由 晶態(tài)轉(zhuǎn)變成非晶態(tài);裝載量的變化將引起復(fù)合粉末中金屬含量的較大變化。通過 調(diào)整這些參數(shù)，可以控制復(fù)合粉末中金屬的含量和相態(tài)。此外，對(duì)含非晶態(tài)CO干 合金復(fù)合粉末進(jìn)行真空熱處理后，C。-P合金除發(fā)生晶化轉(zhuǎn)變外，還析出了C。。P。 對(duì)化學(xué)鍍鉆所得復(fù)合粉體的TIM觀察結(jié)果表明，鍍層的厚度及均勻性主要 由反應(yīng)時(shí)間決定，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，鍍層越厚，均勻性越好。因此，可以通過改變 鍍液中的次亞磷酸鈉的濃度、pH值、裝載量等參數(shù)，來調(diào)整反應(yīng)時(shí)間，從而控 制鍍層的厚度及均勻性。其中，通過控制次亞磷酸鈉的濃度及裝載量來控制鍍層 的厚度是較好的方法。 此外，納米復(fù)合粉體的鍍覆質(zhì)量也受到鍍液組成及施鍍工藝條件等參數(shù)的影 響，這些影響因素包括鍍液的pH值、鍍液中各組分的濃度、裝載量等。實(shí)驗(yàn)表 明，鍍液pH值過低或過高均不利于獲得鍍覆質(zhì)量好的復(fù)合粉體;增加硫酸鉆的 濃度或降低檸檬酸納的濃度，復(fù)合粉體鍍覆質(zhì)量得到提高;增加鍍液中次亞磷酸 11 鈉的量，所得復(fù)合粉末的鍍覆質(zhì)量得到較大的提高，但隨其濃度增加，反應(yīng)時(shí)間 大大延長(zhǎng)：一定的初始硼酸濃度才能保證復(fù)合粉體的鍍覆質(zhì)量;裝載量較低時(shí)， 有利于獲得鍍覆質(zhì)量好的復(fù)合粉體。
