CN106747470B - 一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法 - Google Patents

一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106747470B
CN106747470B CN201611224547.5A CN201611224547A CN106747470B CN 106747470 B CN106747470 B CN 106747470B CN 201611224547 A CN201611224547 A CN 201611224547A CN 106747470 B CN106747470 B CN 106747470B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
powder
silicon nitride
ball milling
ball
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611224547.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106747470A (zh
Inventor
龚贵华
徐桂梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hainan Institute of Science and Technology
Original Assignee
Hainan Institute of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hainan Institute of Science and Technology filed Critical Hainan Institute of Science and Technology
Priority to CN201611224547.5A priority Critical patent/CN106747470B/zh
Publication of CN106747470A publication Critical patent/CN106747470A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106747470B publication Critical patent/CN106747470B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/404—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C04B2235/483—Si-containing organic compounds, e.g. silicone resins, (poly)silanes, (poly)siloxanes or (poly)silazanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C04B2235/486—Boron containing organic compounds, e.g. borazine, borane or boranyl
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种采用热聚反应制备的高温非氧化物共晶超细粉末的方法；通过采用热聚制备复合粉体，再与氮化硅反应制备共晶陶瓷粉，解决了反应烧结复合陶瓷材料密度低，热压烧结高温强度差等缺点，有效提高了产品的致密度及强度；采用特殊的温度控制曲线，制备的共晶陶瓷粉末具有热膨胀系数小、抗热震性能好、高温蠕变小等优点，使得产品使用范围更广；且制备工艺简单，产品性能稳定，适合工业生产。

Description

一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法
技术领域
本发明涉及一种非氧化物陶瓷材料的制备技术，具体是涉及一种采用热聚反应制备的高温非氧化物共晶超细粉末的方法。
背景技术
非氧化物陶瓷材料近几十年取得了很大的发展，极大地推动了现代高新科技的进步，在人类社会进步的历程中有着巨大的促进作用，对经济和国防建设做出了不可磨灭的贡献，非氧化物陶瓷的化学组成不含氧，目前，非氧化物陶瓷主要包括碳化物陶瓷和氮化物陶瓷，其中碳化物陶瓷主要有碳化硅陶瓷、碳化钛陶瓷、碳化硼陶瓷、碳化钨陶瓷、碳化锆陶瓷、碳化钒陶瓷、碳化铬陶瓷等；氮化物陶瓷主要有氮化硼陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化钛和氮化硅陶瓷等。非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起，因而赋予了其较高的硬度、模量、抗蠕变、抗氧化、耐腐蚀等基本性能，同时非氧化物陶瓷还有许多特殊电学、光学、生物化学性能，如导电性、导热性、铁电性、压电性等。正因如此，非氧化物陶瓷具有很多氧化物陶瓷所不具有的特殊性能，适用于各种特殊用途的功能、结构材料，使用量正日益增多，适用范围也在不断扩大。近二十年来，非氧化物陶瓷的发展异常迅速，目前已经渗透到各个尖端科技领域，并有不断扩大的趋势。例如，空间技术、航海开发、电子技术、国防科技、无损检测、广播电视等领域中正在不断涌现出性能优良的非氧化物陶瓷。
非氧化物陶瓷的制备工艺主要有反应烧结、热压烧结、热等静压；反应烧结制备陶瓷体，烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状，但其密度低，强度低，耐腐蚀性差，只能制备普通环境下使用的陶瓷体；热压烧结用较少的助剂就能使得陶瓷体致密化，强度、耐腐蚀性都很好，但只能制造简单的形状，且烧结助剂使高温强度降低；热等静压结合了反应烧结和热压烧结的优点，但由于该工艺使用的设备昂贵，且对热等静压前的胚体要求严格，待烧胚体前处理工艺复杂，不适用于工业制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法，不仅制备工艺简单，且制备的陶瓷体热膨胀系数小、导热性优良、硬度大、耐磨、强度高，产品适用广泛，制备工艺适于工业生产。
本发明的技术方案如下：
一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法：
1.氮化硅粉体制备：将氮化硅和烧结助剂按质量比为100:0.5-3的比例放入氮化硅球磨罐中，球料比为15-25:1，填充量为20-30%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以200-300rpm/min的速率下球磨25-45min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨3-4次后过滤烘干，滤渣放入石墨模具中，在机械压力为8-25MPa、氮气压力为3-7MPa、温度为1875℃-2245℃，保温时间为30-45h的条件下烧结，烧结结束后以每分钟15℃-20℃的降温速率降至1500±5℃，保温5-7h后，自然降温至室温，球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2.超细复合体粉体制备：以有机先驱体混合物作为溶质溶于甲苯溶液中，并加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），超声搅拌混合30-45min，按体积比先驱体混合物：甲苯：MBA为10:2-5:1-2；混合后的溶液转移至反应釜中，180-260℃下保温进行溶剂热反应3-5h，再冷却至室温，150℃下蒸馏后，残留物经过滤、干燥、球磨至粒径小于10微米后，在氮气压力为2-5MPa、温度为1300-1800℃条件下，热解2-4h后，得超细复合体粉体，备用；
3.高温非氧化物共晶超细粉末的制备：将上述所得的氮化硅粉体、超细复合粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入钛粉、铬粉，球料比为15-25:1，填充量为20-30%，以200-300rpm/min的速率下球磨15-25min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为1-1.5MPa,以每分钟5-10℃的升温速率升至1000±5℃，保温2-3h后，继续通入氮气，使得反应釜压力为10-12MPa，以每分钟15-20℃的升温速率升至1980℃-2350℃，保温反应10-15h后，以15℃/min的速率降温至1200℃，保温30-45min后，再自然降至室温，得本发明产品。
其中，所述的烧结助剂为MgSiN2。
其中，有机先驱体混合物为体积比1:1的聚碳硅烷和聚硼氮烷或含有锆元素的有机聚体混合物。
其中，钛粉的添加量为碳化硅粉体与超细复合粉体总质量的3-7%，粒径小于10微米。
其中，铬粉的添加量为碳化硅粉体与超细复合粉体总质量的2-5%，粒径小于10微米。
本发明的优点是：
1、本发明通过采用热聚制备复合粉体，再与氮化硅反应制备共晶陶瓷粉，解决了反应烧结复合陶瓷材料密度低，热压烧结高温强度差等缺点，有效提高了产品的致密度及强度；
2、本发明采用特殊的温度控制曲线，制备的共晶陶瓷粉末具有热膨胀系数小、抗热震性能好、高温蠕变小等优点，使得产品使用范围更广；
3.本发明的制备工艺简单，产品性能稳定，适合工业生产。
具体实施方式
实施例1
一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法：
1.氮化硅粉体制备：将氮化硅和MgSiN2按质量比为100:0.5的比例放入氮化硅球磨罐中，球料比为15:1，填充量为30%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以300rpm/min的速率下球磨25min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨3次后过滤烘干，滤渣放入石墨模具中，在机械压力为25MPa、氮气压力为7MPa、温度为1875℃，保温时间为45h的条件下烧结，烧结结束后以每分钟15℃的降温速率降至1500±5℃，保温5h后，自然降温至室温，球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2.超细复合体粉体制备：以体积比1:1的聚碳硅烷和聚硼氮烷混合物作为溶质溶于甲苯溶液中，并加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），超声搅拌混合45min，按体积比先驱体混合物：甲苯：MBA为10:2:1；混合后的溶液转移至反应釜中，260℃下保温进行溶剂热反应3h，再冷却至室温，150℃下蒸馏后，残留物经过滤、干燥、球磨至粒径小于10微米后，在氮气压力为2MPa、温度为1800℃条件下，热解2h后，得超细复合体粉体，备用；
3.高温非氧化物共晶超细粉末的制备：将上述所得的氮化硅粉体、超细复合粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入1-10微米的钛粉、铬粉，添加量分别为氮化硅粉体与超细复合粉体总质量的3%和5%，球料比为25:1，填充量为30%，以200rpm/min的速率下球磨25min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为1.5MPa,以每分钟10℃的升温速率升至1000±5℃，保温3h后，继续通入氮气，使得反应釜压力为10MPa，以每分钟20℃的升温速率升至1980℃，保温反应15h后，以15℃/min的速率降温至1200℃，保温30min后，再自然降至室温，得本发明产品。
实施例2
一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法：
1.氮化硅粉体制备：将氮化硅和MgSiN2按质量比为100:3的比例放入氮化硅球磨罐中，球料比为25:1，填充量为20%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以200rpm/min的速率下球磨45min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨4次后过滤烘干，滤渣放入石墨模具中，在机械压力为8MPa、氮气压力为3MPa、温度为2245℃，保温时间为30h的条件下烧结，烧结结束后以每分钟20℃的降温速率降至1500±5℃，保温7h后，自然降温至室温，球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2.超细复合体粉体制备：以体积比1:1的聚碳硅烷和含有锆元素的有机聚体混合物作为溶质溶于甲苯溶液中，并加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），超声搅拌混合30min，按体积比先驱体混合物：甲苯：MBA为10:5:2；混合后的溶液转移至反应釜中，180℃下保温进行溶剂热反应5h，再冷却至室温，150℃下蒸馏后，残留物经过滤、干燥、球磨至粒径小于10微米后，在氮气压力为5MPa、温度为1300℃条件下，热解4h后，得超细复合体粉体，备用；
3.高温非氧化物共晶超细粉末的制备：将上述所得的氮化硅粉体、超细复合粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入1-10微米的钛粉、铬粉，添加量分别为氮化硅粉体与超细复合粉体总质量的7%和2%，球料比为15:1，填充量为20%，以300rpm/min的速率下球磨15min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为1MPa,以每分钟5℃的升温速率升至1000±5℃，保温2h后，继续通入氮气，使得反应釜压力为12MPa，以每分钟15℃的升温速率升至2350℃，保温反应10h后，以15℃/min的速率降温至1200℃，保温45min后，再自然降至室温，得本发明产品。
实施例3
一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法：
1.氮化硅粉体制备：将氮化硅和MgSiN2按质量比为100:2的比例放入氮化硅球磨罐中，球料比为20:1，填充量为25%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以250rpm/min的速率下球磨30min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨3次后过滤烘干，滤渣放入石墨模具中，在机械压力为15MPa、氮气压力为5MPa、温度为2000℃，保温时间为35h的条件下烧结，烧结结束后以每分钟18℃的降温速率降至1500±5℃，保温6h后，自然降温至室温，球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2.超细复合体粉体制备：以体积比1:1的聚碳硅烷和聚硼氮烷混合物作为溶质溶于甲苯溶液中，并加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），超声搅拌混合40min，按体积比先驱体混合物：甲苯：MBA为10:3:1.5；混合后的溶液转移至反应釜中，210℃下保温进行溶剂热反应4h，再冷却至室温，150℃下蒸馏后，残留物经过滤、干燥、球磨至粒径小于10微米后，在氮气压力为4MPa、温度为1500℃条件下，热解3h后，得超细复合体粉体，备用；
3.高温非氧化物共晶超细粉末的制备：将上述所得的氮化硅粉体、超细复合粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入1-10微米的钛粉、铬粉，添加量分别为氮化硅粉体与超细复合粉体总质量的5%和3%，球料比为20:1，填充量为25%，以250rpm/min的速率下球磨20min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为1MPa,以每分钟8℃的升温速率升至1000±5℃，保温2h后，继续通入氮气，使得反应釜压力为11MPa，以每分钟17℃的升温速率升至2150℃，保温反应13h后，以15℃/min的速率降温至1200℃，保温40min后，再自然降至室温，得本发明产品。
实施例4
1.氮化硅粉体制备：将氮化硅放入氮化硅球磨罐中，球料比为20:1，填充量为25%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以250rpm/min的速率下球磨30min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2.超细复合体粉体制备：以体积比1:1的聚碳硅烷和聚硼氮烷混合物作为溶质溶于甲苯溶液中，并加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），超声搅拌混合35min，按体积比先驱体混合物：甲苯：MBA为10:4:1；混合后的溶液转移至反应釜中，220℃下保温进行溶剂热反应4h，再冷却至室温，150℃下蒸馏后，残留物经过滤、干燥、球磨至粒径小于10微米后，在氮气压力为3MPa、温度为1450℃条件下，热解3h后，得超细复合体粉体，备用；
3.高温非氧化物共晶超细粉末的制备：将上述所得的氮化硅粉体、超细复合粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入1-10微米的钛粉、铬粉，添加量分别为氮化硅粉体与超细复合粉体总质量的4%和4%，球料比为20:1，填充量为20%，以230rpm/min的速率下球磨15min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为1.5MPa,以每分钟10℃的升温速率升至1000±5℃，保温3h后，继续通入氮气，使得反应釜压力为12MPa，以每分钟15℃的升温速率升至2250℃，保温反应10h后，以15℃/min的速率降温至1200℃，保温45min后，再自然降至室温，得产品。
实施例5
一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法：
1.氮化硅粉体制备：将氮化硅和MgSiN2按质量比为100:2.5的比例放入氮化硅球磨罐中，球料比为25:1，填充量为25%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以300rpm/min的速率下球磨35min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨4次后过滤烘干，滤渣放入石墨模具中，在机械压力为18MPa、氮气压力为5MPa、温度为1950℃，保温时间为35h的条件下烧结，烧结结束后以每分钟20℃的降温速率降至1500±5℃，保温5h后，自然降温至室温，球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2.将氮化硼、碳化硅分别用球墨罐粉碎至粒径小于10微米后，得粉体，备用；
3.高温非氧化物共晶超细粉末的制备：将上述所得的氮化硅粉体、氮化硼粉体、碳化硅粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入1-10微米的钛粉、铬粉，添加量分别为碳化硅粉体、氮化硼粉体、氮化硅粉体总质量的4%和4%，球料比为20:1，填充量为25%，以250rpm/min的速率下球磨20min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为1MPa,以每分钟10℃的升温速率升至1000±5℃，保温3h后，继续通入氮气，使得反应釜压力为10MPa，以每分钟20℃的升温速率升至2100℃，保温反应15h后，以15℃/min的速率降温至1200℃，保温45min后，再自然降至室温，得产品。
实施例6
1.氮化硅粉体制备：将氮化硅和MgSiN2按质量比为100:1.5的比例放入氮化硅球磨罐中，球料比为15:1，填充量为25%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以250rpm/min的速率下球磨45min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨4次后过滤烘干，滤渣放入石墨模具中，在机械压力为20MPa、氮气压力为5MPa、温度为2100℃，保温时间为30h的条件下烧结，烧结结束后以每分钟15℃的降温速率降至1500±5℃，保温6h后，自然降温至室温，球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2.超细复合体粉体制备：以体积比1:1的聚碳硅烷和含有锆元素的有机聚体混合物作为溶质溶于甲苯溶液中，并加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），超声搅拌混合45min，按体积比先驱体混合物：甲苯：MBA为10:3:1；混合后的溶液转移至反应釜中，250℃下保温进行溶剂热反应4h，再冷却至室温，150℃下蒸馏后，残留物经过滤、干燥、球磨至粒径小于10微米后，在氮气压力为4MPa、温度为1450℃条件下，热解2h后，得超细复合体粉体，备用；
3.高温非氧化物共晶超细粉末的制备：将上述所得的氮化硅粉体、超细复合粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入1-10微米的钛粉、铬粉，添加量分别为碳化硅粉体、氮化硼粉体、氮化硅粉体总质量的5%和3%，球料比为20:1，填充量为25%，以270rpm/min的速率下球磨25min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为12MPa,以每分钟10℃的升温速率升至2300℃，保温18h后，以15℃/min的速率降温至室温，得产品。
实施例7
1.氮化硅粉体制备：将氮化硅放入氮化硅球磨罐中，球料比为20:1，填充量为25%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以250rpm/min的速率下球磨30min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2.将氮化硼、碳化硅分别用球墨罐粉碎至粒径小于10微米后，得粉体，备用；
3.将上述所得的氮化硅粉体、氮化硼粉体、碳化硅粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入1-10微米的钛粉、铬粉，添加量分别为碳化硅粉体、氮化硼粉体、氮化硅粉体总质量的4%和4%，球料比为20:1，填充量为25%，以250rpm/min的速率下球磨20min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为1MPa,以每分钟10℃的升温速率升至1000±5℃，保温3h后，继续通入氮气，使得反应釜压力为10MPa，以每分钟20℃的升温速率升至2100℃，保温反应15h后，以15℃/min的速率降温至1200℃，保温45min后，再自然降至室温，得产品。
实施例8
分别取20g实施例1-7所制备的粉体，放入3cm×20cm 的模具中，100MPa压力下压制成待测试样，分别测量各试样的热膨胀系数、蠕变率、抗压强度、抗热震性能；
其中，热膨胀系数采用热膨胀系数测试仪进行测量；蠕变率采用蠕变测试仪进行测量；对待测试样在1800℃，常压氮气保护条件下烧结20h后，采用拉伸强度测试仪对其抗压强度进行测量；采用乌克兰GEKONT公司研制的L5型超大尺寸EB-PVD沉积设备制备膜基一体化镍基合金薄板材料，涂层材料分别采用实施例1-7制备的粉末材料，基体材料为镍基高温合金，涂层厚度为10微米，待测薄板裁剪成30mm×30mm正方形，放入一个金属卡槽中，试样背面点焊接一个热电偶，试样
采用氧乙炔焰在涂层表面正面加热，当温度达到900℃后，将加热试样在温度为25℃的水中冷却，之后用电吹风吹干，照相观测，如无裂纹或涂层脱落，重新加热，来回往复，其热震性能以不出现宏观裂纹或涂层脱落的循环次数表示；
所记录数据如下表：
Figure 154354DEST_PATH_IMAGE001
得出结论：实施例7制备的陶瓷粉末工艺，原料均未经过本发明工艺处理，共晶粉末采用本发明工艺，实施例1-3为本发明提供的制备工艺，实施例4及实施例5制备的陶瓷粉末工艺，原料仅采用单一处理，实施例6虽然原料采用本发明处理工艺处理，但共晶粉末制备时的条件不在本发明范围内，分析上述记录的数据，可得出，采用本发明制备工艺能够得到具有热膨胀系数小、高温蠕变小、抗压及抗热震性能强的非氧化物陶瓷粉体，其中实施例3为最优选方案。

Claims (5)

1.一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法，其特征在于：
一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法：
1）氮化硅粉体制备：将氮化硅和烧结助剂按质量比为100:0.5-3的比例放入氮化硅球磨罐中，球料比为15-25:1，填充量为20-30%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以200-300rpm/min的速率下球磨25-45min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨3-4次后过滤烘干，滤渣放入石墨模具中，在机械压力为8-25MPa、氮气压力为3-7MPa、温度为1875℃-2245℃，保温时间为30-45h的条件下烧结，烧结结束后以每分钟15℃-20℃的降温速率降至1500±5℃，保温5-7h后，自然降温至室温，球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2）超细复合体粉体制备：以有机先驱体混合物作为溶质溶于甲苯溶液中，并加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），超声搅拌混合30-45min，按体积比先驱体混合物：甲苯：MBA为10:2-5:1-2；混合后的溶液转移至反应釜中，180-260℃下保温进行溶剂热反应3-5h，再冷却至室温，150℃下蒸馏后，残留物经过滤、干燥、球磨至粒径小于10微米后，在氮气压力为2-5MPa、温度为1300-1800℃条件下，热解2-4h后，得超细复合体粉体，备用，其中，所述有机先驱体混合物为体积比1:1的聚碳硅烷和聚硼氮烷或含有锆元素的有机聚体混合物；
3）高温非氧化物共晶超细粉末的制备：将上述所得的氮化硅粉体、超细复合粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入钛粉、铬粉，球料比为15-25:1，填充量为20-30%，以200-300rpm/min的速率下球磨15-25min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为1-1.5MPa,以每分钟5-10℃的升温速率升至1000±5℃，保温2-3h后，继续通入氮气，使得反应釜压力为10-12MPa，以每分钟15-20℃的升温速率升至1980℃-2350℃，保温反应10-15h后，以15℃/min的速率降温至1200℃，保温30-45min后，再自然降至室温，既得高温非氧化物共晶超细粉末。
2.根据权利要求1所述的一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法，其特征在于：所述的烧结助剂为MgSiN2。
3.根据权利要求1所述的一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法，其特征在于：钛粉的添加量为碳化硅粉体与超细复合粉体总质量的3-7%，粒径小于10微米。
4.根据权利要求1所述的一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法，其特征在于：铬粉的添加量为碳化硅粉体与超细复合粉体总质量的2-5%，粒径小于10微米。
5.根据权利要求1所述的一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法，其特征在于：
一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法：
1）氮化硅粉体制备：将氮化硅和MgSiN2按质量比为100:2的比例放入氮化硅球磨罐中，球料比为20:1，填充量为25%，再加入固液比为100g：1ml的乙醇溶液，以250rpm/min的速率下球磨30min后,过滤，滤渣放入球磨罐中，加入与上述等体积的乙醇溶液，重复球磨3次后过滤烘干，滤渣放入石墨模具中，在机械压力为15MPa、氮气压力为5MPa、温度为2000℃，保温时间为35h的条件下烧结，烧结结束后以每分钟18℃的降温速率降至1500±5℃，保温6h后，自然降温至室温，球磨粉碎至粒径小于10微米后，得氮化硅粉体，备用；
2）超细复合体粉体制备：以体积比1:1的聚碳硅烷和聚硼氮烷混合物作为溶质溶于甲苯溶液中，并加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），超声搅拌混合40min，按体积比先驱体混合物：甲苯：MBA为10:3:1.5；混合后的溶液转移至反应釜中，210℃下保温进行溶剂热反应4h，再冷却至室温，150℃下蒸馏后，残留物经过滤、干燥、球磨至粒径小于10微米后，在氮气压力为4MPa、温度为1500℃条件下，热解3h后，得超细复合体粉体，备用；
3）高温非氧化物共晶超细粉末的制备：将上述所得的氮化硅粉体、超细复合粉体加入氮化硅球磨罐中，并加入1-10微米的钛粉、铬粉，添加量分别为氮化硅粉体与超细复合粉体总质量的5%和3%，球料比为20:1，填充量为25%，以250rpm/min的速率下球磨20min后，将混合粉料转移至反应釜中，抽至真空度为-0.1MPa后，通入氮气，使得反应釜压力为1MPa,以每分钟8℃的升温速率升至1000±5℃，保温2h后，继续通入氮气，使得反应釜压力为11MPa，以每分钟17℃的升温速率升至2150℃，保温反应13h后，以15℃/min的速率降温至1200℃，保温40min后，再自然降至室温，既得高温非氧化物共晶超细粉末。
CN201611224547.5A 2016-12-27 2016-12-27 一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法 Active CN106747470B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611224547.5A CN106747470B (zh) 2016-12-27 2016-12-27 一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611224547.5A CN106747470B (zh) 2016-12-27 2016-12-27 一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106747470A CN106747470A (zh) 2017-05-31
CN106747470B true CN106747470B (zh) 2020-07-21

Family

ID=58926669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611224547.5A Active CN106747470B (zh) 2016-12-27 2016-12-27 一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106747470B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6228299B1 (en) * 1997-09-16 2001-05-08 Ut-Battelle, Llc Gelcasting compositions having improved drying characteristics and machinability
CN101215174B (zh) * 2008-01-09 2010-06-09 广西师范大学 一种透明β-氮化硅陶瓷及其制备方法
CN102557637A (zh) * 2011-12-14 2012-07-11 天津大学 硅硼碳氮基复合材料及其制备方法
CN103664194B (zh) * 2012-09-14 2015-03-11 中国科学院金属研究所 一种基于溶剂热聚合反应制备非氧化物陶瓷超细粉体方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106747470A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108675797B (zh) 氮化硅基复合陶瓷材料及其微波烧结制备方法
CN104045350B (zh) 一种采用反应烧结工艺制备氮化硅-碳化硅复合陶瓷材料的方法
CN110903091A (zh) 一种SiC-Ti3SiC2复合材料及其制备方法
CN113121237A (zh) 一种碳化硼基复合陶瓷及其制备工艺
CN112778014A (zh) 一种高性能的碳化硅陶瓷材料及其制备方法
CN104131208A (zh) 一种氧化铝-碳化钛微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法
CN115110044B (zh) 一种铬硅合金溅射靶材的制备方法
CN115180960A (zh) 一种氮化硅陶瓷烧结体及其制备方法
CN112194492A (zh) 氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板
CN101734920B (zh) 一种氮化钛多孔陶瓷及其制备方法
CN107746282A (zh) 一种原位碳化硅纤维增强液相烧结碳化硅陶瓷及制造方法
CN107935576B (zh) 氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法
CN111592354B (zh) 一种高性能环保复合建筑陶瓷材料及其制备方法
CN108503370A (zh) 一种单相氮化硅陶瓷及其sps制备工艺
CN106747470B (zh) 一种热聚反应制备高温非氧化物共晶超细粉末的方法
CN116217233B (zh) 一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷及其制备方法和应用
CN104591769A (zh) 一种铝镁硼增韧增强陶瓷及其制备方法
CN109467442B (zh) 一种氮化硅陶瓷及其制备方法
CN107793138B (zh) 一种氧化铝陶瓷
CN105924179A (zh) 一种氮化硅陶瓷加热器保护管及其制备方法与应用
CN113896538B (zh) 氧化铝纤维增强碳化硅陶瓷材料的制备方法及制得的氧化铝纤维增强碳化硅陶瓷材料
CN101955357B (zh) 可加工复相陶瓷材料及其制备方法和二次硬化热处理方法
CN113582673A (zh) 一种氧化铝/钛硅碳层状复合材料及其原位制备方法
CN113444949A (zh) 一种高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金及其制备方法
CN107935597B (zh) 一种节约能源的碳化硅陶瓷材料低温烧结方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant