本发明公开了一种具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料的制备方法，属于陶瓷材料制备技术领域。
背景技术：
具有高强度、高韧性、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀和化学稳定性好等优异性能的一类先进结构陶瓷材料已逐步成为航空航天、船舶、汽车、新能源、电子信息、冶金、化工等工业技术领域不可缺少的关键材料。
然而，目前的陶瓷材料广泛存在脆性大，可靠性较差的缺点，从而限制了其相关特性的发挥和实际应用。近二、三十年来，世界各国的研究者们为解决陶瓷材料的脆性和可靠性问题开展了大量的基础研究和应用开发。于是陶瓷材料由微米陶瓷向纳米陶瓷发展、单相陶瓷向多相复合陶瓷发展就成为如今高性能陶瓷的重要发展趋势。
对陶瓷材料进行增韧补强是各国研究者们一直追求的目标，已经寻求到一些有效的方法，如：相变增韧；颗粒、晶须或纤维增韧补强；纳米结构强韧化等。同时，也从理论上提出了相关的机理，如：相变增韧、微裂纹增韧和弥散增韧等ZrO2陶瓷的增韧机制；针对晶须增韧补强陶瓷基复合材料的裂纹桥接、裂纹偏转、晶须拔出等机理；针对纳米复相陶瓷的晶内型韧化和晶间型韧化的强韧化机理。
现有陶瓷材料的主要制备工艺包括粉体制备处理、成形和烧结。粉体制备处理通常涉及将购来的所需组分的微米级至纳米级的陶瓷粉体混合、在物料中加入塑化剂和对陶瓷粉体进行所谓的造粒，之后将粉体成形为所需形状的坯料，然后再通过适当的方式将坯料烧结成具有最终性能的块体结构陶瓷材料。
因为陶瓷材料由粉体成形、烧结而成，不可避免地存在一定量的孔隙，不同成分和粒度的粉体虽经球磨混料，仍难以达到十分均匀的程度。一般希望结构陶瓷粉体越细越好，有利于高温烧结。但对成形时却不然，尤其对干压成形，因细粉流动性不好易产生空洞，导致坯料致密度不高。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对目前常用的陶瓷材料在制备的过程中烧结温度高、烧结时间长，不可避免地存在一定量的孔隙，难以达到十分均匀的程度，以至于密度不高，脆性大，可靠性较差的现状，提供了一种以氧化硅晶须、氧化钛晶须和碳化硅晶须为原料，球磨得浆料后经煅烧得陶瓷粉体，之后与玻璃粉末混合，在高温高压下反应得反应物并用液氮喷淋，自然冷却后干燥，从而得到具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料的制备方法。该方法成本低廉，制备过程简单易行，不仅缩短了烧结时间，而且提高了陶瓷材料的密度、强度以及韧性，具有较强的耐磨损性、耐高温性，高温高压下，玻璃会熔融，通过晶相颗粒重排、塑性流动排除气孔，实现致密化。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）依次称取8～10g氧化硅晶须、8～10g氧化钛晶须和8～10g碳化硅晶须，加入到磨球机中，再加入100～200mL去离子水，和锆球球磨3～4h，得到浆料，将浆料置于95～105℃烘箱内干燥10～12h，得到粉料；
（2）将上述得到的粉料粉粹，过筛，得到80～100目粉末，将粉末置于900～1000℃马弗炉中煅烧4～5h，自然冷却至室温，得到陶瓷粉体；
（3）称取10～20g玻璃，用粉粹机粉粹，得到玻璃粉末，将玻璃粉末加入到烧杯中，向烧杯中加入上述陶瓷粉体，搅拌5～10min，得到混合粉体，将混合粉体加入到高压反应釜中，控制温度在600～700℃、压力为15～25MPa，搅拌反应3～4h，得到反应物；
（4）将上述得到的反应物加入到烧瓶中，将0.1～0.3L液氮喷淋到烧杯上，并使烧杯温度降至-40～-30℃，自然冷却至室温，得到固体，将固体置于95～105℃烘箱内干燥3～4h，得到具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料。
本发明的应用方法是：本发明制得的具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料密度为3.5～3.9g/cm-3，抗压强度为500～550MPa，表面常温电阻率为1000～1100Ω·cm，断裂韧性值为1.75～1.98 MPa·m-1/2，弯曲强度为140～150MPa，绝缘强度为15～18kV/mm，耐高温至1250～1350℃。
本发明的有益效果是：
（1）本发明方法独特新颖，操作简单易行，在整个制备过程中无需特殊仪器，缩短了烧结时间；
（2）本发明解决了常用的陶瓷材料存在一定量的孔隙，难以达到十分均匀的程度的弊端，提高了陶瓷材料的密度，且使得强度以及韧性也均得到了提高，具有较强的耐磨损性、耐高温性。
具体实施方式
首先依次称取8～10g氧化硅晶须、8～10g氧化钛晶须和8～10g碳化硅晶须，加入到磨球机中，再加入100～200mL去离子水，和锆球球磨3～4h，得到浆料，将浆料置于95～105℃烘箱内干燥10～12h，得到粉料；然后将上述得到的粉料粉粹，过筛，得到80～100目粉末，将粉末置于900～1000℃马弗炉中煅烧4～5h，自然冷却至室温，得到陶瓷粉体；随后称取10～20g玻璃，用粉粹机粉粹，得到玻璃粉末，将玻璃粉末加入到烧杯中，向烧杯中加入上述陶瓷粉体，搅拌5～10min，得到混合粉体，将混合粉体加入到高压反应釜中，控制温度在600～700℃、压力为15～25MPa，搅拌反应3～4h，得到反应物；最后将上述得到的反应物加入到烧瓶中，将0.1～0.3L液氮喷淋到烧杯上，并使烧杯温度降至-40～-30℃，自然冷却至室温，得到固体，将固体置于95～105℃烘箱内干燥3～4h，得到具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料。
实例1
首先依次称取8g氧化硅晶须、8g氧化钛晶须和8g碳化硅晶须，加入到磨球机中，再加入100mL去离子水，和锆球球磨3h，得到浆料，将浆料置于95℃烘箱内干燥10h，得到粉料；然后将上述得到的粉料粉粹，过筛，得到80目粉末，将粉末置于900℃马弗炉中煅烧4h，自然冷却至室温，得到陶瓷粉体；随后称取10g玻璃，用粉粹机粉粹，得到玻璃粉末，将玻璃粉末加入到烧杯中，向烧杯中加入上述陶瓷粉体，搅拌5min，得到混合粉体，将混合粉体加入到高压反应釜中，控制温度在600℃、压力为15MPa，搅拌反应3h，得到反应物；最后将上述得到的反应物加入到烧瓶中，将0.1L液氮喷淋到烧杯上，并使烧杯温度降至-40℃，自然冷却至室温，得到固体，将固体置于95℃烘箱内干燥3h，得到具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料。
本实例操作简单易行，原料简单易得，缩短了烧结时间的同时，使得制得的具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料密度为3.5g/cm-3，抗压强度为500MPa，表面常温电阻率为1000Ω·cm，断裂韧性值为1.75 MPa·m-1/2，弯曲强度为140MPa，绝缘强度为15kV/mm，耐高温至1250℃。
实例2
首先依次称取9g氧化硅晶须、9g氧化钛晶须和9g碳化硅晶须，加入到磨球机中，再加入150mL去离子水，和锆球球磨3.5h，得到浆料，将浆料置于100℃烘箱内干燥11h，得到粉料；然后将上述得到的粉料粉粹，过筛，得到90目粉末，将粉末置于950℃马弗炉中煅烧4.5h，自然冷却至室温，得到陶瓷粉体；随后称取15g玻璃，用粉粹机粉粹，得到玻璃粉末，将玻璃粉末加入到烧杯中，向烧杯中加入上述陶瓷粉体，搅拌8min，得到混合粉体，将混合粉体加入到高压反应釜中，控制温度在650℃、压力为20MPa，搅拌反应3.5h，得到反应物；最后将上述得到的反应物加入到烧瓶中，将0.2L液氮喷淋到烧杯上，并使烧杯温度降至-35℃，自然冷却至室温，得到固体，将固体置于100℃烘箱内干燥3.5h，得到具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料。
本实例操作简单易行，原料简单易得，缩短了烧结时间的同时，使得制得的具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料密度为3.7g/cm-3，抗压强度为530MPa，表面常温电阻率为1050Ω·cm，断裂韧性值为1.88 MPa·m-1/2，弯曲强度为145MPa，绝缘强度为17kV/mm，耐高温至1300℃。
实例3
首先依次称取10g氧化硅晶须、10g氧化钛晶须和10g碳化硅晶须，加入到磨球机中，再加入200mL去离子水，和锆球球磨4h，得到浆料，将浆料置于105℃烘箱内干燥12h，得到粉料；然后将上述得到的粉料粉粹，过筛，得到100目粉末，将粉末置于1000℃马弗炉中煅烧5h，自然冷却至室温，得到陶瓷粉体；随后称取20g玻璃，用粉粹机粉粹，得到玻璃粉末，将玻璃粉末加入到烧杯中，向烧杯中加入上述陶瓷粉体，搅拌10min，得到混合粉体，将混合粉体加入到高压反应釜中，控制温度在700℃、压力为25MPa，搅拌反应4h，得到反应物；最后将上述得到的反应物加入到烧瓶中，将0.3L液氮喷淋到烧杯上，并使烧杯温度降至-30℃，自然冷却至室温，得到固体，将固体置于105℃烘箱内干燥4h，得到具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料。
本实例操作简单易行，原料简单易得，缩短了烧结时间的同时，使得制得的具有非晶/纳米晶结构陶瓷材料密度为3.9g/cm-3，抗压强度为550MPa，表面常温电阻率为1100Ω·cm，断裂韧性值为1.98 MPa·m-1/2，弯曲强度为150MPa，绝缘强度为18kV/mm，耐高温至1350℃。