CN102211940A

CN102211940A - 高性能氧化钇氮化硅陶瓷的生产方法

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Publication number: CN102211940A
Application number: CN2010101450125A
Authority: CN
Inventors: 沈斌斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2011-10-12

Abstract

本发明是在氮化硅的生产工艺的基础上添加一种添加剂氧化钇(Y₂O₃)，来制取具有更好性能的无压烧结生产高性能氮化硅(Si₃N₄)陶瓷的方法。其特征所涉及的无压烧结生产高性能氮化硅，组分及质量百分比含量为：氧化钇5%～9％，氮化硅91％～95％。氮化硅陶瓷作为一种重要的结构陶瓷材料，具有高强度、高硬度、抗热震、抗蠕变、耐腐蚀等一系列优良性能，被广泛用于切削工具等。而其特有的质轻、热膨胀系数低等特性使其优于其它结构陶瓷材料成为轴承钢重要的替代材料，可用作陶瓷轴承材料。

Description

高性能氧化钇氮化硅陶瓷的生产方法

[技术领域]

本发明涉及一种陶瓷材料技术领域，具体是一种氧化钇(Y₂O₃)作为添加剂无压烧结生产高性能氮化硅(Si₃N₄)陶瓷的方法。

[背景技术]

氮化硅陶瓷具有高强度、高硬度、抗热震、抗蠕变、耐腐蚀等一系列优良性能，被广泛用于切削工具等，是一种重要的结构陶瓷材料。而其特有的质轻、热膨胀系数低等特性使其优于其它结构陶瓷材料成为轴承钢重要的替代材料，可用作陶瓷轴承材料。氮化硅作为一种共价键化台物，扩散系数小，没有熔点，约在2173K分解成氨和硅，难于烧结。氮化硅陶瓷常用的烧结方法是液相烧结，即烧结助剂，通常加稀土氧化物作为烧结助剂，如氧化铱。通过对元素周期表中位置的观察，我们研究认定，加入氧化钇作为添加剂的无压烧结所产生的氮化硅具有更好的力学性能。为此我们选用氧化钇作为添加剂以改善氮化硅的烧结密度和力学性能。

[发明内容]

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氧化钇作为添加剂无压烧结生产高性能氮化硅陶瓷的方法。本发明生产方法简单，成本低，易实现产业化生产；本发明的氧化钇作为添加剂无压烧结生产的氮化硅陶瓷具有密度高，力学性能好的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的氧化钇作为添加剂无压烧结生产的氮化硅陶瓷，组分及质量百分比含量为：氧化钇5～9％，氮化硅91％～95％。

所述的氧化钇粒度3～5微米，氮化硅粒度0.4～0.9微米。

本发明所涉及的氧化钇作为添加剂无压烧结生产的氮化硅陶瓷方法，包括如下步骤：

步骤一，分别称取氧化钇和氮化硅陶瓷粉体，在行星式球磨机中以每分钟280～380转混合2小时，分散介质为无水乙醇，随后在60℃烘干，时间为3～5小时，得到混合均匀的氧化钇和氮化硅陶瓷混合粉体；

步骤二，将步骤一的混合粉体在75～100Mpa压力下成型，形成素坯；

步骤三，将步骤二中的素坯在真空碳管炉中在氮气保护下，在1550～1700℃温度下保温3～8小时。

步骤四，将步骤三中烧成的氮化硅陶瓷取出，检测体积密度和力学性能。

步骤一中，所述氧化钇的重量百分比为5～9％，氮化硅的重量百分比为91％～95％。

步骤一中，所述氮化硅中α-Si₃N₄含量大于90％。

步骤一中，所述氧化钇中Y₂O₃含量大于98％。

步骤三中，所述氮气的压力为1～2大气压。

步骤四中，所述力学性能为抗折强度。

本发明中，所述的氧化钇起到烧结助剂的作用，在1550～1700℃高温烧结条件下，形成液相，使氮化硅陶瓷致密化。

本发明具有如下的有益效果：氮化硅陶瓷致密程度高，力学性能好，满足实际使用的需要。该制备方法简单，成本低，易实现产业化生产。

[具体实施方式]

以下结合实施例对本发明作进一步说明。本发明的生产技术对本专业的人来说是容易实施的。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例

氧化钇粉为自己合成原料，氮化硅粉为德国Starck公司生产的M11粉。按照重量百分比分别称取7％的氧化钇粉和93％的氮化硅粉。

将上述两种粉在行星式球磨机中(南京大学仪器厂QM-3SP2型)混合均匀，转速280转，时间2小时。将混合粉在80Mpa的压力下成型，将素坯在真空碳管炉中(上海辰荣电炉有限公司ZT-40-20型)1700℃保温5小时。

本实施例得到的氮化硅陶瓷的体积密度为3.22g/cm³，抗折强度为740Mpa。

Claims

1.一种高性能氧化钇氮化硅陶瓷的生产方法。本发明所涉及的氧化钇作为添加剂无压烧结生产的氮化硅陶瓷，组分及质量百分比含量为：氧化钇5～9％，氮化硅91％～95％；所述的氧化钇粒度3～5微米，氮化硅粒度0.4～0.9微米。

2.根据权利要求1所述的一种氧化钇添加氮化硅陶瓷的生产方法，本发明所涉及的氧化钇作为添加剂无压烧结生产的氮化硅陶瓷方法，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种氧化钇添加氮化砖陶瓷的生产方法，其特征在于步骤一中，所述氧化钇的重量百分比为5～9％，氮化硅的重量百分比为91％～95％。

4.根据权利要求2所述的一种氧化钇添加氮化硅陶瓷的生产方法，其特征在于步骤一中，所述氮化硅中α-Si₃N₄含量大于90％。

5.根据权利要求2所述的一种氧化钇添加氮化硅陶瓷的生产方法，其特征在于步骤一中，所述氧化钇中Y₂O₃含量大于98％。

6.根据权利要求2所述的一种氧化钇添加氮化硅陶瓷的生产方法，其特征在于步骤三中，所述氮气的压力为1～2大气压。

7.根据权利要求2所述的一种氧化钇添加氮化硅陶瓷的生产方法，其特征在于所述力学性能为抗折强度。