CN104387085A - 一种氮化硅陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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一种氮化硅陶瓷，由下列重量份的原料制成：硅粉4-5、有机蒙脱石10-13、钛酸酯2-3、二氧化锡4-6、α-Si3N4粉70-78、聚乙烯醇1-2、碳硅硼8-12、乙炔炭黑2-3、氟锆酸钾3-4、硫酸锆3-4、正硅酸乙酯3-4、去离子水适量、氢氧化钾1-2、乙醇适量、助剂4-6；本发明的氮化硅陶瓷使用了碳硅硼、乙炔炭黑、氟锆酸钾、硫酸锆，使得陶瓷的耐磨性更加好，而且提高了润滑性，可以用于选矿，使用寿命长；通过使用本发明的助剂，能够增加陶瓷的表面光滑性、耐磨性和耐热性。

Description

一种氮化硅陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，尤其涉及一种氮化硅陶瓷及其制备方法。
背景技术
目前通道、管道用的材料有铝合金材料、陶瓷等，铝合金材料耐磨性差，槽道容易消失，影响色选精度，要经常更换，成本高；目前所用的陶瓷材料脆性大，耐磨性不太高，不耐冷热刺激，耐酸碱性差，因此需要研究耐磨性好，硬度高，韧性好，耐震动，耐热，耐腐蚀等性能优异的陶瓷材料，以降低成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化硅陶瓷及其制备方法，该陶瓷耐磨性好，润滑性好，可以用于选矿，使用寿命长。
本发明的技术方案如下：
一种氮化硅陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成：硅粉4-5、有机蒙脱石10-13、钛酸酯2-3、二氧化锡4-6、α-Si3N4粉70-78、聚乙烯醇1-2、碳硅硼8-12、乙炔炭黑2-3、氟锆酸钾3-4、硫酸锆3-4、正硅酸乙酯3-4、去离子水适量、氢氧化钾1-2、乙醇适量、助剂4-6；
所述助剂由下列重量份的原料制成：高岭土3-4、稀土1-2、四盐基铬酸锌0.3-0.4、纳米氮化硅0.8-1.2、纳米硼纤维0.6-0.9、纳米碳0.3-0.4、硅烷偶联剂kh-550 0.6-0.8、聚乙二醇0.3-0.4、水7-11；制备方法为：将聚乙二醇加入水中，搅拌均匀，加入高岭土，搅拌20-30分钟，再加入一半重量份的硅烷偶联剂kh-550，搅拌10-15分钟，再加入稀土，搅拌反应20-30分钟，再加入剩余重量份的硅烷偶联剂kh-550，搅拌10-15分钟，再加入其他剩余成分，搅拌反应20-30分钟，超声分散6-8分钟，过滤，烘干，粉碎，过40目筛，在氮气氛围下，1380-1440℃下煅烧2-3个小时，粉碎，过40目筛，即得。
所述氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将硅粉、有机蒙脱石、二氧化锡、聚乙烯醇、碳硅硼混合，球磨，过200目筛，加入0.6-0.8倍重量份的乙醇，送入球磨机中球磨24-27个小时，再加入氢氧化钾，继续球磨2-3个小时，水洗至PH值为8-9，过滤，得到滤饼；
（2）将第（1）步得到的滤饼粉碎，在氮气氛围下，850-900℃下煅烧2-3个小时，取出粉碎，过50目筛，得到颗粒；
（3）取30-40重量份的乙醇，加入正硅酸乙酯，搅拌至溶解，加入钛酸酯、乙炔炭黑、氟锆酸钾、硫酸锆，搅拌得到混合物料，将α-Si3N4粉边翻腾搅拌边喷入混合物料，加热至70-80℃，持续翻腾搅拌至乙醇完全蒸发，粉碎，过50目筛，得到颗粒；
（4）将第（2）步和第（3）步得到的颗粒与其他剩余成分混合，按料：球：水=1:1.4:0.7，球磨24-30个小时，造型，在氮气氛围中，700-800℃下预烧1.5-2个小时，再在1680-1720℃下煅烧4-5个小时，即得。
本发明的有益效果
本发明的氮化硅陶瓷使用了碳硅硼、乙炔炭黑、氟锆酸钾、硫酸锆，使得陶瓷的耐磨性更加好，而且提高了润滑性，可以用于选矿，使用寿命长；通过使用本发明的助剂，能够增加陶瓷的表面光滑性、耐磨性和耐热性。
具体实施方式
一种氮化硅陶瓷，由下列重量份（公斤）的原料制成：硅粉4.5、有机蒙脱石12、钛酸酯2.5、二氧化锡5、α-Si3N4粉74、聚乙烯醇1.5、碳硅硼10、乙炔炭黑25、氟锆酸钾3.5、硫酸锆3.5、正硅酸乙酯3.5、去离子水适量、氢氧化钾1.5、乙醇适量、助剂5；
所述助剂由下列重量份（公斤）的原料制成：高岭土3.5、稀土1.5、四盐基铬酸锌0.3、纳米氮化硅1、纳米硼纤维0.7、纳米碳0.3、硅烷偶联剂kh-550 0.7、聚乙二醇0.3、水8；制备方法为：将聚乙二醇加入水中，搅拌均匀，加入高岭土，搅拌25分钟，再加入一半重量份的硅烷偶联剂kh-550，搅拌13分钟，再加入稀土，搅拌反应25分钟，再加入剩余重量份的硅烷偶联剂kh-550，搅拌13分钟，再加入其他剩余成分，搅拌反应25分钟，超声分散7分钟，过滤，烘干，粉碎，过40目筛，在氮气氛围下，1400℃下煅烧2.5个小时，粉碎，过40目筛，即得。
所述氮化硅陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅粉、有机蒙脱石、二氧化锡、聚乙烯醇、碳硅硼混合，球磨，过200目筛，加入0.7倍重量份的乙醇，送入球磨机中球磨26个小时，再加入氢氧化钾，继续球磨2.5个小时，水洗至PH值为9，过滤，得到滤饼；
（2）将第（1）步得到的滤饼粉碎，在氮气氛围下，880℃下煅烧2.5个小时，取出粉碎，过50目筛，得到颗粒；
（3）取35重量份的乙醇，加入正硅酸乙酯，搅拌至溶解，加入钛酸酯、乙炔炭黑、氟锆酸钾、硫酸锆，搅拌得到混合物料，将α-Si3N4粉边翻腾搅拌边喷入混合物料，加热至75℃，持续翻腾搅拌至乙醇完全蒸发，粉碎，过50目筛，得到颗粒；
（4）将第（2）步和第（3）步得到的颗粒与其他剩余成分混合，按料：球：水=1:1.4:0.7，球磨28个小时，造型，在氮气氛围中，750℃下预烧1.8个小时，再在1700℃下煅烧4.5个小时，即得。
实验数据：
该实施例陶瓷的维氏硬度为90GPa，抗弯强度为1070MPa，断裂韧性为10MPa·m1/2。

Claims (2)

1.一种氮化硅陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成：硅粉4-5、有机蒙脱石10-13、钛酸酯2-3、二氧化锡4-6、α-Si3N4粉70-78、聚乙烯醇1-2、碳硅硼8-12、乙炔炭黑2-3、氟锆酸钾3-4、硫酸锆3-4、正硅酸乙酯3-4、去离子水适量、氢氧化钾1-2、乙醇适量、助剂4-6；
所述助剂由下列重量份的原料制成：高岭土3-4、稀土1-2、四盐基铬酸锌0.3-0.4、纳米氮化硅0.8-1.2、纳米硼纤维0.6-0.9、纳米碳0.3-0.4、硅烷偶联剂kh-550 0.6-0.8、聚乙二醇0.3-0.4、水7-11；制备方法为：将聚乙二醇加入水中，搅拌均匀，加入高岭土，搅拌20-30分钟，再加入一半重量份的硅烷偶联剂kh-550，搅拌10-15分钟，再加入稀土，搅拌反应20-30分钟，再加入剩余重量份的硅烷偶联剂kh-550，搅拌10-15分钟，再加入其他剩余成分，搅拌反应20-30分钟，超声分散6-8分钟，过滤，烘干，粉碎，过40目筛，在氮气氛围下，1380-1440℃下煅烧2-3个小时，粉碎，过40目筛，即得。
2.根据权利要求1所述氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将硅粉、有机蒙脱石、二氧化锡、聚乙烯醇、碳硅硼混合，球磨，过200目筛，加入0.6-0.8倍重量份的乙醇，送入球磨机中球磨24-27个小时，再加入氢氧化钾，继续球磨2-3个小时，水洗至PH值为8-9，过滤，得到滤饼；
（2）将第（1）步得到的滤饼粉碎，在氮气氛围下，850-900℃下煅烧2-3个小时，取出粉碎，过50目筛，得到颗粒；
（3）取30-40重量份的乙醇，加入正硅酸乙酯，搅拌至溶解，加入钛酸酯、乙炔炭黑、氟锆酸钾、硫酸锆，搅拌得到混合物料，将α-Si3N4粉边翻腾搅拌边喷入混合物料，加热至70-80℃，持续翻腾搅拌至乙醇完全蒸发，粉碎，过50目筛，得到颗粒；
（4）将第（2）步和第（3）步得到的颗粒与其他剩余成分混合，按料：球：水=1:1.4:0.7，球磨24-30个小时，造型，在氮气氛围中，700-800℃下预烧1.5-2个小时，再在1680-1720℃下煅烧4-5个小时，即得。
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