CN101096272A - 氮化硅基复合材料燃烧合成方法 - Google Patents
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Classifications
-
- Y02P20/121—
Abstract
氮化硅基复合材料燃烧合成方法，它涉及一种材料的合成方法。本发明解决了目前高性能氮化硅陶瓷的制造方法成本高、生产周期长等问题；克服了现有燃烧合成工艺制备存在获得的产物易出现未完全转化、产物开裂或致密度较低等缺陷，拓宽了工艺范围，提高了工艺稳定性。本发明的方法步骤如下：一.称取原料；二.干燥，球磨混合，然后成型；三.将毛坯放入通有循环水的密闭压力容器中，充入10～500MPa的高压氮气，点火，原料自蔓延燃烧；即得到氮化硅基复合材料。本发明具有生产效率高、耗能少、成本低等突出优点，产品具有较低的摩擦系数、高致密度、优良的耐高温性能、优良的电加工性能，适合开发大尺寸、复杂形状陶瓷零件，应用范围广。
Description
氮化硅基复合材料燃烧合成方法
技术领域
本发明涉及一种材料的合成方法。 背景技术
氮化硅陶瓷材料是高温结构制品最理想的材料之一。氮化硅陶瓷是近年来 发展起来的新型非氧化物高温结构陶瓷材料，具有高强度、耐高温、抗氧化、 抗腐蚀、耐磨损、化学稳定性强，以及导热系数大、热膨胀系数低等一系列优. 越性能，在有色金属、钢铁冶金、化工、电子陶瓷和稀土、玻璃、高温窑炉、 电力等行业具有广泛的应用前景。
目前氮化硅基复合材料传统的制备工艺主要有：常压烧结、热压烧结、气 氛压力烧结、热等静压烧结方法、反应烧结，以及微波烧结与等离子烧结等。
上述方法均有其各自的局限性，例如常压烧结产品孔隙较多；热压烧结所 得制品形状简单，成本高，具有各向异性；气氛压力烧结是将氮化硅混合粉末 冷等静压成形，在高温高压氮气气氛中烧结,虽然可以可到致密度较高的氮化 硅陶瓷，但成本较高；热等静压烧结虽然性能好，但同样存在成本较高的问题。 反应烧结氮化硅是直接由硅粉压坯氮化而成，由于反应难以保证完全反应，因. 此不易得到高致密件；微波烧结与等离子烧结设备较复杂，难于制造大尺寸产
口
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发明内容
本发明的目的是为了解决目前高性能氮化硅陶瓷的制造方法成本高、生产
周期长等问题；克服了现有燃烧合成工艺制备存在获得的产物易出现未完全转 化、产物开裂或致密度较低等缺陷；而提供了一种氮化硅基复合材料燃烧合成 方法。本发明方法的步骤如下： 一、按下列重量百分比称取原料：固体燃烧反 应物20〜100%、稀释剂0〜80%、反应调节剂0〜80%，其中固体燃烧反应物、 稀释剂和反应调节剂为粉末、晶须、短纤维、长纤维状或以上各形态的混合物， 固体燃烧反应物为硅钛化合物；二、将步骤一称取的原料干燥，再机械球磨混' 合，然后将混合物经成型后得到毛坯，控制毛坯孔隙率在30〜50°/。之间；三、 将毛坯放入通有循环水的密闭压力容器中，然后充入10〜500Mpa的高压氮气，
点火，原料自蔓延燃烧；即可获得致密均匀的氮化硅基复合材料。
所述的硅钛化合物为TiSi2、 TiSi、 Ti5Si3、 Ti3Si中一种或几种的混合。
另外固体燃烧反应物中可加入单质Ti、 Si或两者的混合，加入量不大于. 固体燃烧反应物重量的70%。
所述的稀释剂为具有一定化学惰性的物质，在燃烧合成反应中不发生化学 反应，可降低反应温度，提高工艺的可控性，提高材料性能。下述内容是对稀 释剂的举例，具有与本发明稀释剂相同的作用的物质均属在本发明的保护范围 之内。所述的稀释剂为陶瓷类稀释剂和/或金属类稀释剂；其中陶瓷类稀释剂 为SiC、 HfC、 ZrC、 TiC、 HfC、 B4C、 Si3N4、 A1N、 BN、 MoSi2、 A1203、 Zr02、 CaO、 MgO、 Si02、 Y203、钛酸铝、莫莱石、Ti02中的一种或几种的混合， 金属类稀释剂为Ni、 W、 Cr、 Co、 Fe、 Cu、 V、 Pd、 Ir、 Rh、 Re、 Os、 Ru、 Hf、 Ta中的一种或几种的混合。其中C可为无定形碳、石墨、金刚石、碳纤. 维、碳纳米管、巴基球等各种碳的形态。
所述的反应调节剂为钼。
在氮化硅基陶瓷的燃烧合成中， 一方面原料毛坯一般需要具有较低的孔隙 率，否则难以获得高致密度的产品，但另一方面该燃烧合成反应需要大量的氮 气供应，需要原料毛坯具有较高的孔隙率，上述的矛盾导致工艺控制困难，产 品缺陷率较高，产物转化率不高，在产物常残留自由硅，恶化产物的高温性能， 同时使工艺控制困难、工艺范围窄。在原料中加入反应调节剂Mo时，工艺控 制明显改善，极大地方便了生产。在毛坯孔隙率较低，硅钛化物氮化反应不完 全时，硅可与钼反应生成二硅化钼，产物中无残留，反应完全，进而保证材料 的优良性能。同时产物中MoSi2、 Mo等物质的存在，改善了产物的性能。' 本发明采用的燃烧合成方法，即自蔓延高温合成（简称SHS)，是一种无 机难熔材料的制备工艺；该方法利用原料合成反应时放出的大量反应热，使反 应自维持下去直至反应结束，从而获得所需产物。
本发明采用硅钛化合物在高压氮气中燃烧合成的方法，反应原理如下： TixSiy+N2—Si3N4+TiN (1)
TixSiy +N2 +M— Si3N4 +TiN +M (2 )
TixSiy +N2 +M+Mo— Si3N4 +TiN +M +MoSi2 (3 )
调节原料配比和反应条件，高的反应氮气压力和毛坯孔隙率，有利于提高
Mo在产物中含量，低的反应氮气压力和毛坯孔隙率，有利于提高MoSi2在产 物中含量，反应（3)可以用下列形式进行：<formula>formula see original document page 5</formula>
上述各式中，TixSiy为钛硅化合物；M为稀释剂。根据材料实际应用的使 用条件，可调节原料配比和反应条件获得相应的氮化硅基复合材料。 . 与传统工艺相比较，本发明具有以下优点：
① 传统工艺，如烧结和热压，均需要长时间的高温加热，耗能很大，而本 发明的燃烧合成工艺是利用原料的化学能，只需要很小的能量点火即可，可节
约大量的能源，并降低产品的成本；
② 传统工艺如烧结、热压及热解等工艺制备氮化硅陶瓷， 一般需要几小时 甚至几十小时，生产周期长，效率低；而本发明燃烧合成的效率高，反应过程 只需几分钟即可完成，极大地提高了生产效率，同时节约大量能源；
③ 本发明燃烧合成的温度很高，有利于对提高氮化硅陶瓷的致密度和改善 产物性能，产物致密度较高，力学性能良好，同时高温有利于杂质的挥发，因 而产物的纯度很高。 '
④ 本发明的产品高温性能突出（140(TC时，抗弯强度可高达150〜 500MPa)，适于复杂形状零件的生产；
©在常温下，本发明产品抗弯强度可高达300〜1600MPa，断裂韧性可达 5〜18MPam-172)
⑥本发明发应在通有循环水的密闭压力容器中进行，设备占地面积小。 综合上述分析，采用燃烧合成技术生产氮化硅基陶瓷，具有反应速度快、 合成时间短、生产效率高、耗能少、成本低等突出优点，产品具有较低的摩擦 系数和优异的高温强度性，在结构陶瓷、耐熔融金属部件、气缸、柱塞等方面 应用前景广阔；产品的高温性能的提高，极大地改善了材料电加工性能、合成' 工艺稳定性，适合开发大尺寸、复杂形状陶瓷零件；本发明提高了工艺的稳定 性及产品性能、拓宽了工艺范围，具有明显的社会效益和经济效益。 具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中氮化硅基复合材料燃烧合成方法的步骤如 下： 一、按下列重量百分比称取原料：固体燃烧反应物20〜100%、稀释剂0〜
80%、反应调节剂钼0〜80%，其中固体燃烧反应物为硅钛化合物，固体燃烧'
反应物、稀释剂均和反应调节剂钼为粉末、晶须、短纤维、长纤维状或以上各
形态的混合物；二、将步骤一称取的原料干燥，再机械球磨混合，然后将混合 物经成型后得到毛坯，控制毛坯孔隙率在30〜50%之间；三、将毛坯放入通有 循环水的密闭压力容器中，然后充入10〜500Mpa的高压氮气，点火，原料自 蔓延燃烧；即可获得致密均匀的氮化硅基复合材料。
具体实施方式二：本实施方式在步骤一中按下列重量份数比称取原料：硅 钛化合物19〜98.99%、稀释剂1〜80份、反应调节剂钼0.01〜80%。其它步 骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式在步骤一中硅钛化合物为TiSi2、 TiSi、 Ti5Si3、-Ti3Si中一种或几种的混合。其它步骤与具体实施方式一相同。
本实施方式中硅钛化合物为混合物时，按任意比混合。
具体实施方式四：本实施方式在步骤一的固体燃烧反应物中加入单质Ti、 单质Si或两者的混合，加入量是固体燃烧反应物重量的0.01〜70%。其它与 具体实施方式一相同。
本实施中在步骤一的固体燃烧反应物中加入单质Ti和Si混合物时，单质 Ti和Si按任意比混合。
具体实施方式五：本实施方式中在步骤一中稀释剂为陶瓷类稀释剂和/或金 属类稀释剂。其它步骤与具体实施方式一相同。 .
本实施方式中稀释剂为混合物时，陶瓷类稀释剂与金属类稀释剂按任意比 混合。本实施方式的稀释剂在燃烧合成反应中不发生化学反应，可降低反应温 度，提高工艺的可控性，提高材料性能。
具体实施方式六：本实施方式中陶瓷类稀释剂为SiC、 HfC、 ZrC、 TiC、 HfC、 B4C、 Si3N4、 A1N、 BN、 MoSi2、 A1203、 Zr02、 CaO、 MgO、 Si02、 Y203、 TK)2中的一种或几种的混合。其它步骤与具体实施方式五相同。
本实施方式中陶瓷类稀释剂为混合物时，按任意比混合。
具体实施方式七：本实施方式中金属类稀释剂为Ni、 Cr、 Co、 Fe、 Cu中 的一种或几种的混合。其它与具体实施方式五相同。
本实施方式中金属类稀释剂为混合物时，按任意比混合。
具体实施方式八：本实施方式在步骤一中稀释剂为Si3H;和SiC。其它歩
骤与具体实施方式一相同。
本实施方式中Si3Ht与SiC按任意比例混合。
具体实施方式九：本实施方式中反应调节剂钼含量：1〜50%，稀释剂为
SiC， SiC含量：5〜50%。其它步骤与具体实施方式一相同。 ' 本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高 达300〜800MPa，断裂靭性可高达4〜12MPam"/2， 1400。C时抗弯强度可高达 150〜500 MPa。
具体实施方式十：本实施方式在步骤二中在80〜15(TC真空条件下，将步 骤一称取的原料干燥10〜20h。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式的干燥温度为100〜140°C。其它步骤与具 体实施方式十相同。
具体实施方式十二：本实施方式的干燥温度为120°C。其它步骤与具体实 施方式十相同。 •
具体实施方式十三：本实施方式在步骤二中将干燥后的原料装入球磨罐，
机械球磨混合20〜25h。其它步骤与具体实施方式一相同。
县体实施方式十四：本实施方式中在球磨机中球料质量比为10〜30: 1， 采用行星式球磨机，球磨机的转速为300〜600r/min，磨球是直径为8〜10mm 的钢球。其它步骤与具体实施方式十三相同。
具体实施方式十五：本实施方式在球磨机中球料质量比为5: 1，采用行星 式球磨机，球磨机的转速为400r/min，磨球是直径为8mm的钢球。其它步骤 与具体实施方式十三相同。
具体实施方式十六：本实施方式在步骤三中加入50〜400Mpa的高压氮气。. 其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式在步骤三中加入100〜300Mpa的高压氮 气。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式在步骤三中加入200Mpa的高压氮气。其 它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十九：本实施方式在步骤三中点火采用Ni-Cr丝，点火剂为 粒度粒度不小于300目纯Ti粉或不小于300目纯Ti粉与碳黑的混合物。其它 步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十：本实施方式在步骤三点火之前，将毛坯预热到50〜 500°C。其它与具体实施方式一相同。
亦可将毛坯预热到50(TC以上，但此范围内的温度对设备的要求更为严格。
具体实施方式二十一：本实施方式在步骤一中按下列重量份数比称取原
料：二硅化钛粉末20〜100%、 Si3N40〜80%、钼粉末0〜80%。其它步骤与 具体实施方式一相同。
本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高' 达300〜1000MPa，断裂韧性可高达4〜14MPam"/2， 1400°C时抗弯强度可高达 150〜500MPa。
具体实施方式二十二：本实施方式在步骤一中按下列重量份数比称取原
料：二硅化钛粉末5〜90%、稀释剂粉末5〜80%、钼粉末5〜80%;其中稀 释剂为Si3N4和SiC的混合，Si3N4占稀释剂总量的1〜95%，其余为SiC。其 它步骤与具体实施方式一相同。稀释剂Si3N4和SiC中的一部分采用晶须，有 利于产品性能进一歩提高（抗弯强度能提高1〜30%)。
本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高 达400〜1300MPa，断裂韧性可高达6〜18MPamf172， 1400°0时抗弯强度可高达-200〜500 MPa。
具体实施方式二十三：本实施方式在步骤一中按下列重量份数比称取原
料：二硅化钛粉末30〜80%、稀释剂粉末5〜60%、钼粉末5〜50%;其中稀 释剂为Si3Njn SiC的混合，Si3N4占稀释剂总量的1〜95%，其余为SiC;在 步骤三中充入100〜300Mpa的高压氮气。其它步骤与具体实施方式一相同。
本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高 达500〜1000MPa，断裂韧性可高达5〜14MPam"/2， 1400。C时抗弯强度可高达 200〜500 MPa。
具体实施方式二十四：本实施方式在步骤一中按下列重量份数比称取原. 料：二硅化钛粉末15〜90%、 Al203粉末5〜80%、钼粉末5〜70%;在步骤 三中充入100〜500Mpa的高压氮气。其它步骤与具体实施方式一相同。
本实施方式的产物中Si3N4与A1203 、TiN和A1203会在反应的高温下发生 固溶，形成Sialon和Tialon进一步提高产物的性能。
本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高
达400〜1000MPa，断裂韧性可高达4〜14MPam"/2， 1400°C时抗弯强度可高达 200〜500 MPa。
具体实施方式二十五：本实施方式在步骤一中按下列重量份数比称取原 料：TisSi3粉末15〜90%、 SiC粉末5〜80X、钼粉末5〜80%;在步骤三中充 入100〜500Mpa的高压氮气。其它步骤与具体实施方式一相同。
本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%,产物抗弯强度可高 达400〜900MPa，断裂韧性可高达5〜12MPam"/2， 1400°C时抗弯强度可高达 150〜500 MPa。
具体实施方式二十六：本实施方式在步骤一中按下列重量份数比称取原
料：硅钛化合物粉末15〜90%、 SiC粉末5〜80X、钼粉末5〜80%，其中硅 钛化合物粉末为70〜90%的TiSi2和10〜30%的TisSi3混合物；在步骤三中充 入100〜500Mpa的高压氮气。其它歩骤与具体实施方式一相同。
本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高 达400〜1000MPa，断裂韧性可高达4〜12MPam"/2， 1400。C时抗弯强度可高达 200〜500 MPa。
具体实施方式二十七：本实施方式在歩骤一中按下列重量份数比称取原
料：二硅化钛粉末50〜60%、稀释剂粉末40〜50%，其中稀释剂为2〜98% 的SisN4和2〜98%的SiC的混合粉末混合物；在步骤三中充入100〜200Mpa 的高压氮气。其它步骤与具体实施方式一相同。
本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高 达400〜1000MPa，断裂韧性可高达5〜8MPam"/2， 140(TC时抗弯强度可高达 150〜500 MPa。
具体实施方式二十八：本实施方式在步骤一中按下列重量份数比称取原
料：二硅化钛粉末50〜60%、稀释剂粉末40〜50%，其中稀释剂为40〜60% 的SiC和40〜60%的Ni的混合粉末混合物；在步骤三中充入100〜200Mpa的 高压氮气。其它步骤与具体实施方式一相同。
本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高 达500〜1600MPa，断裂韧性可高达8〜16MPam-1/2。
具体实施方式二十九：本实施方式在歩骤一中按下列重量份数比称取原 料：硅钛化合物粉末15〜90%、 SiC粉末5〜70。/。、 SiC晶须0〜40。/。、钼粉末
5〜60%，其中硅钛化合物粉末为70〜90%的TiSi2和10〜30%的TiSi混合物； 在步骤三中充入100〜500Mpa的高压氮气。其它步骤与具体实施方式一相同。 本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高-达500〜1400MPa，断裂韧性可高达5〜18MPam-1/2， 1400°C时抗弯强度可高达 200〜500MPa。
具体实施方式三十：本实施方式在步骤一中按下列重量份数比称取原料：
硅钛化合物粉末15〜90%、 SiC粉末5〜80X、碳纳米管0〜10%、钼粉末5〜 80%，其中硅钛化合物粉末为70〜90%的TiSi2和10〜30%的11^3混合物； 在步骤三中充入100〜500Mpa的高压氮气。其它步骤与具体实施方式一相同。 本实施方式得到氮化硅基复合材料的致密度大于95%，产物抗弯强度可高 达500〜1400MPa，断裂韧性可高达5〜16MPam—1/2， 1400°C时抗弯强度可高达 200〜500 MPa。
Claims (9)
1、一种氮化硅基复合材料燃烧合成方法，其特征在于方法的步骤如下：一、按下列重量百分比称取原料：固体燃烧反应物20～100％、稀释剂0～80％、反应调节剂钼0～80％，其中固体燃烧反应物、稀释剂和反应调节剂钼为粉末、晶须、短纤维、长纤维状或以上各形态的混合物，固体燃烧反应物为硅钛化合物；二、将步骤一称取的原料干燥，再机械球磨混合，然后将混合物经成型后得到毛坯，控制毛坯孔隙率在30～50％之间；三、将毛坯放入通有循环水的密闭压力容器中，然后充入10～500Mpa的高压氮气，点火，原料自蔓延燃烧；即可获得致密均匀的氮化硅基复合材料。
2、 根据权利要求1所述的氮化硅基复合材料燃烧合成方法，其特征在步 骤一中按下列重量份数比称取原料:硅钛化合物19〜98.99%、稀释剂1〜80%、 反应调节剂钼0.01〜80°%。
3、 根据权利要求1所述的氮化硅基复合材料燃烧合成方法，其特征在于 在步骤一的固体燃烧反应物中加入单质Ti、单质Si或两者的混合，加入量是 固体燃烧反应物重量的0.01〜70%。
4、 根据权利要求1所述的氮化硅基复合材料燃烧合成方法，其特征在于 在步骤一中硅钛化合物为TiSi2、 TiSi、 Ti5Si3、 Ti3Si中一种或几种的混合。
5、 根据权利要求1所述的氮化硅基复合材料燃烧合成方法，其特征在于 在步骤一中稀释剂为陶瓷类稀释剂和/或金属类稀释剂。
6、 根据权利要求6所述的氮化硅基复合材料燃烧合成方法，其特征在于 陶瓷类稀释剂为SiC、 Si3N4、 A1203、 TiC、 MoSi2、 HfC、 C、 ZrC、 HfC、 B4C、 A1N、 BN、 Zr02、 CaO、 MgO、 Ti02、 Si02、 Y203、钛酸铝、莫莱石中的一 种或几种的混合。
7、 根据权利要求6所述的氮化硅基复合材料燃烧合成方法，其特征在于 金属类稀释剂为Ni、 W、 Cr、 Co、 Fe、 Cu、 V、 Pd、 Ir、 Rh、 Re、 Os、 Ru、 Hf、 Ta中的一种或几种的混合。
8、 根据权利要求1所述的氮化硅基复合材料燃烧合成方法，其特征在于 在步骤一中稀释剂为SisN4和SiC的混合物。
9、 根据权利要求1所述的氮化硅基复合材料燃烧合成方法，其特征在于 在步骤三中加入100〜300Mpa的高压氮气。
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|---|---|---|---|---|
| CN102503434A (zh) * | 2011-09-30 | 2012-06-20 | 中国科学院理化技术研究所 | 硅粉在中温微正压条件下氮化合成氮化硅粉体的方法 |
| CN103274695A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种非氧化物共晶陶瓷燃烧合成熔铸的方法 |
| CN103482997A (zh) * | 2012-06-14 | 2014-01-01 | 苏州忠辉蜂窝陶瓷有限公司 | 一种合成氧化铝-碳化钛导电蜂窝陶瓷的方法 |
| CN105036749A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-11-11 | 陕西科技大学 | 氮化硅添加六方氮化硼的热压制备方法 |
| CN108698940A (zh) * | 2015-12-21 | 2018-10-23 | 赛峰航空陶瓷技术公司 | 由化学反应生产陶瓷的方法 |
| CN108996483A (zh) * | 2018-10-26 | 2018-12-14 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种燃烧合成氮化硅粉体的方法 |
| CN114591089A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-07 | 有研资源环境技术研究院(北京)有限公司 | 一种基于缺陷调控的超高温陶瓷致密化方法、超高温陶瓷 |
-
2007
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102503434A (zh) * | 2011-09-30 | 2012-06-20 | 中国科学院理化技术研究所 | 硅粉在中温微正压条件下氮化合成氮化硅粉体的方法 |
| CN102503434B (zh) * | 2011-09-30 | 2013-08-21 | 中国科学院理化技术研究所 | 硅粉在中温微正压条件下氮化合成氮化硅粉体的方法 |
| CN103482997A (zh) * | 2012-06-14 | 2014-01-01 | 苏州忠辉蜂窝陶瓷有限公司 | 一种合成氧化铝-碳化钛导电蜂窝陶瓷的方法 |
| CN103274695A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种非氧化物共晶陶瓷燃烧合成熔铸的方法 |
| CN103274695B (zh) * | 2013-05-31 | 2014-10-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种非氧化物共晶陶瓷燃烧合成熔铸的方法 |
| CN105036749A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-11-11 | 陕西科技大学 | 氮化硅添加六方氮化硼的热压制备方法 |
| CN108698940A (zh) * | 2015-12-21 | 2018-10-23 | 赛峰航空陶瓷技术公司 | 由化学反应生产陶瓷的方法 |
| CN108996483A (zh) * | 2018-10-26 | 2018-12-14 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种燃烧合成氮化硅粉体的方法 |
| CN114591089A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-07 | 有研资源环境技术研究院(北京)有限公司 | 一种基于缺陷调控的超高温陶瓷致密化方法、超高温陶瓷 |
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