CN103848639A - 一种氮化硅增韧陶瓷 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氮化硅增韧陶瓷，属于陶瓷制备领域。本发明提供一种氮化硅增韧陶瓷，该陶瓷的相对密度为98.6%~99.4%、断裂韧性为10.5MPa·m^1/2~11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为21.8GPa~22.6GPa。该氮化硅增强陶瓷强度高、致密性好、韧性明显提高，且耐高温和耐磨优异，可广泛用于各种对材料强度要求高的领域。

Description

一种氮化硅增韧陶瓷

技术领域

本发明涉及一种氮化硅增韧陶瓷，属于陶瓷制备领域。

背景技术

碳化硅晶须是一种很少缺陷的，有一定长径比的单晶纤维，它具有相当好的抗高温性能和很高强度。氮化硅陶瓷具有极高的强度很高且极耐高温，其强度在1200℃的高温不下降，受热后不会熔成融体，同时，其耐化学腐蚀性能优异，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀。

氮化硅陶瓷的烧结工艺一般为三种：热等静压（HIP）、热压（HP）和气氛压力烧结。气氛烧结的压力为5～10MPa，热压烧结的压力为70Mpa左右，热等静压的烧结的压力为150MPa~200MPa。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化硅增强陶瓷，该氮化硅增强陶瓷强度高、致密性好、韧性明显提高，且耐高温和耐磨优异，可广泛用于各种对材料强度要求高的领域。

一种氮化硅增韧陶瓷，所述陶瓷的相对密度为98.6%~99.4%、断裂韧性为10.5MPa·m^1/2~11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为21.8GPa~22.6GPa。

本发明所述氮化硅增韧陶优选所述陶瓷的相对密度为99.0~99.4%、断裂韧性为11.0MPa·m^1/2～11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为22.2GPa~22.6GPa。

本发明所述氮化硅增韧陶优选所述陶瓷的相对密度为99.0%、断裂韧性为11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为22.0GPa。

本发明所述氮化硅增韧陶优选按下述方法制备：

一种氮化硅增韧陶瓷的制备方法，包括混料、球磨和烧结的步骤，所述混料步骤中，陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

β-Si₃N₄            65%~85%

SiC晶须             10%~25%

烧结助剂            5%~10%。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷的制备方法优选所述烧结助剂选自Al₂O₃、MgO、Y₂O₃、ZrO₂中的至少一种。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷的制备方法优选所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

β-Si₃N₄         70%~80%

SiC晶须          15%~25%

烧结助剂         5%~10%。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷的制备方法优选所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

β-Si₃N₄         75%

SiC晶须          20%

烧结助剂         5%。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷的制备方法优选所述烧结助剂，按质量百分比，由下述组分组成：

Al₂O₃            60%

MgO              20%

Y₂O₃             20%。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷的制备方法优选所述烧结为无压烧结的步骤，按下述工艺进行：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以60~80℃/min的速度升温至1600℃~1800℃，保温0.5h~2h，停止加热后随炉冷却至室温。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷的制备方法优选所述球磨步骤，按下述工艺进行：常温下，将经混料的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨6h~10h。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷的制备方法优选所述混料步骤，按下述工艺进行：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷的制备方法进一步优选下述技术方案：

一种氮化硅增韧陶瓷的制备方法，包括下述工艺步骤：

①混料：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛；

②球磨：常温下，将经混料的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨6h~10h；

③烧结：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以60~80℃/min的速度升温至1600℃~1800℃，保温0.5h~2h，停止加热后随炉冷却至室温。

本发明的有益效果是：本发明提供一种氮化硅增韧陶瓷，该陶瓷的相对密度为98.6%~99.4%、断裂韧性为10.5MPa·m^1/2～11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为21.8GPa~22.6GPa。该氮化硅增强陶瓷强度高、致密性好、韧性明显提高，且耐高温和耐磨优异，可广泛用于各种对材料强度要求高的领域。

同时，本发明提供一种氮化硅增韧陶瓷的制备方法，包括混料、球磨和烧结的步骤，所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：β-Si₃N₄：65%~85%，SiC晶须：10%~25%，烧结助剂：5%~10%。该制备方法可以实现在常压下烧结氮化硅增韧陶瓷，同时步骤简单、方便易行。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

①混料：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过200目筛，所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

β-Si₃N₄         75%

SiC晶须          20%

烧结助剂         5%。

所述烧结助剂，按质量百分比，由下述组分组成：

Al₂O₃            60%

MgO              20%

Y₂O₃             20%。

②球磨：常温下，将经混料的粉料置于球磨机中，于300r/min的速度球磨8h；

③烧结：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以60℃/min的速度升温至1700℃，保温1h，停止加热后随炉冷却至室温。

所得陶瓷的相对密度为99.0%、断裂韧性为11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为22.0GPa。

Claims (10)

1.一种氮化硅增韧陶瓷，其特征在于：所述陶瓷的相对密度为98.6%~99.4%、断裂韧性为10.5MPa·m^1/2~11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为21.8GPa~22.6GPa。

2.根据权利要求1所述的陶瓷，其特征在于：所述陶瓷的相对密度为99.0~99.4%、断裂韧性为11.0MPa·m^1/2～11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为22.2GPa~22.6GPa。

3.根据权利要求1所述的陶瓷，其特征在于：所述陶瓷的相对密度为99.0%、断裂韧性为11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为22.0GPa。

4.根据权利要求1所述的陶瓷，其特征在于：所述陶瓷按下述方法制备，包括混料、球磨和烧结的步骤，所述混料步骤中，陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

β-Si₃N₄         65%~85%

SiC晶须          10%~25%

烧结助剂         5%~10%。

5.根据权利要求4所述的陶瓷，其特征在于：所述烧结助剂选自Al₂O₃、MgO、Y₂O₃、ZrO₂中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的陶瓷，其特征在于：所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

β-Si₃N₄          70%~80%

SiC晶须1          5%~25%

烧结助剂          5%～10%。

7.根据权利要求4所述的陶瓷，其特征在于：所述烧结为无压烧结的步骤，按下述工艺进行：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以60~80℃/min的速度升温至1600℃～1800℃，保温0.5h~2h，停止加热后随炉冷却至室温。

8.根据权利要求4所述的陶瓷，其特征在于：所述球磨步骤，按下述工艺进行：常温下，将经混料的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨6h～10h。

9.根据权利要求4所述的陶瓷，其特征在于：所述混料步骤，按下述工艺进行：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛。

10.根据权利要求4所述的陶瓷，其特征在于：包括下述工艺步骤：

①混料：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛；

②球磨：常温下，将经混料的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨6h~10h；

③烧结：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以60~80℃/min的速度升温至1600℃~1800℃，保温0.5h~2h，停止加热后随炉冷却至室温。