| 本文以通过制备纳米陶瓷基金属复合材料的手段，解决陶瓷材料的脆性问题为目标。其思路为：首先制备纳米的金属包覆型陶瓷复合粉体。这样，在随后制备块材的烧结过程中，金属表面层可抑制纳米陶瓷粉体的融合长大，使粉体在烧结后保持纳米尺寸，从而发挥纳米尺寸对韧性的作用;同时通过引入均匀分布的韧性金属相，进一步改善陶瓷的脆性。 因此，本文的研究内容设定为用化学镀的方法在纳米级的Al_2O_3陶瓷粉体上包覆金属钴，制备纳米的金属包覆型陶瓷复合粉体。 实验中所用的Al_2O_3粉体平均粒径为10～20nm，化学镀钴前进行了必要的预处理，使Al_2O_3粉体表面具有催化活性。化学镀钴溶液为碱性的次亚磷酸钠为还原剂的镀液，镀覆在中温或低温、超声波的条件下进行。镀速用增重法，镀液成分用化学滴定法确定。用Philips EM430型高分辨率透射电镜(HRTEM)观察复合粉体的形貌;D/3AX 3B型X-射线衍射仪分析复合粉体的物相组成;用美国PE公司的DELTA SERIES DSC7差示扫描量热仪对复合粉末进行DSC分析，以确定复合粉末是否在升温过程中发生了相变。 首先探讨了纳米粉体超声波化学镀的可行性。超声波的加入可使镀覆在室温下进行，并加快镀覆过程，更重要的是提高了粉体镀覆的均匀性。对超声波化学镀钴所得复合粉体的HRTEM高分辨率透射电镜观察表明，粉体颗粒的粒径由原来的10～20nm增加到50～60nm;颗粒由镀覆前有棱角的颗粒状变成近似球形;所得粉体大小相近，未发现因团聚导致的镀覆不均匀现象;X衍射分析结果表明化学镀所得复合粉体表面包覆了一层Co-P合金。 本文对镀液组成与施镀工艺条件与纳米粉末超声波化学镀钴的关系进行了深入研究。实验中发现，纳米Al_2O_3粉体镀覆开始并经过一段时间后，反应会自动停止。对镀覆后镀液成分的分析表明，反应自发停止的原因是由于镀液pH值过低或镀液中次亚磷酸钠在施镀过程中被消耗，使其浓度下降到极低所致。本文定义该段时间为“反应时间”，并研究了镀液pH值、施镀温度、硫酸钴与柠檬酸 纳浓度、次亚磷酸钠浓度、硼酸浓度、装载量、超声波频率及功率、预处理条件 等工艺参数对反应时间的影响。结果表明，镀液PH值、施镀温度提高，由于反 应的速度加快，使反应时间缩短;硫酸钻浓度提高，有助于加快反应速度，从而 缩短反应时间;柠檬酸纳浓度提高，使镀液稳定性升高，对反应时间的影响等效 于硫酸钻浓度的降低;而次亚磷酸钠浓度提高，虽然反应的速度加快，但由于可 用于还原的量增加，因此反应时间增加;装载量提高，因能镀覆的表面积增加， 使反应时间缩短。超声波频率与功率和预处理条件也会对反应时间产生影响。 镀液组成及工艺参数对镀速，即单位反应时间内的增重也有很大的影响。 本 文研究了镀液PH值、施镀温度、硫酸钻与柠檬酸纳浓度、次亚磷酸钠浓度、硼 酸浓度、装载量等与镀速的关系。这些因素通过影响化学镀反应时间和粉末增重 而影响镀速。结果表明，镀液pH值和施镀温度升高，镀速提高;提高硫酸钻浓 度，可以增加镀速;柠檬酸纳浓度提高，镀液稳定性增加，镀速下降;随次亚磷 酸钠浓度的提高，镀速先增加而后下降，在 20g/l时存在一个最大值;硼酸能够 缓冲镀液pH值的变化，镀速随硼酸浓度的提高而增加，当硼酸量能够保证化学 镀反应进行完全时，镀速不再发生变化。 本文还研究了镀液的组成及施镀工艺参数对复合粉体相结构的影响。粉体 X-ray分析的结果表明，次亚磷酸钠量的升高，会使复合粉体中的Co干合金由 晶态转变成非晶态;装载量的变化将引起复合粉末中金属含量的较大变化。通过 调整这些参数，可以控制复合粉末中金属的含量和相态。此外，对含非晶态CO干 合金复合粉末进行真空热处理后，C。-P合金除发生晶化转变外，还析出了C。。P。 对化学镀钻所得复合粉体的TIM观察结果表明，镀层的厚度及均匀性主要 由反应时间决定，反应时间越长，镀层越厚，均匀性越好。因此，可以通过改变 镀液中的次亚磷酸钠的浓度、pH值、装载量等参数，来调整反应时间，从而控 制镀层的厚度及均匀性。其中，通过控制次亚磷酸钠的浓度及装载量来控制镀层 的厚度是较好的方法。 此外，纳米复合粉体的镀覆质量也受到镀液组成及施镀工艺条件等参数的影 响，这些影响因素包括镀液的pH值、镀液中各组分的浓度、装载量等。实验表 明，镀液pH值过低或过高均不利于获得镀覆质量好的复合粉体;增加硫酸钻的 浓度或降低柠檬酸纳的浓度，复合粉体镀覆质量得到提高;增加镀液中次亚磷酸 11 钠的量，所得复合粉末的镀覆质量得到较大的提高，但随其浓度增加，反应时间 大大延长：一定的初始硼酸浓度才能保证复合粉体的镀覆质量;装载量较低时， 有利于获得镀覆质量好的复合粉体。 |
