CN107337454B - 一种氮化硅复合粉体的制备方法 - Google Patents

一种氮化硅复合粉体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107337454B
CN107337454B CN201710537447.6A CN201710537447A CN107337454B CN 107337454 B CN107337454 B CN 107337454B CN 201710537447 A CN201710537447 A CN 201710537447A CN 107337454 B CN107337454 B CN 107337454B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon nitride
composite powder
preparation
nitride composite
mixture
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
CN201710537447.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107337454A (zh
Inventor
茹红强
叶超超
宗辉
李鸿钧
岳新艳
王伟
张翠萍
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.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
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 Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN201710537447.6A priority Critical patent/CN107337454B/zh
Publication of CN107337454A publication Critical patent/CN107337454A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107337454B publication Critical patent/CN107337454B/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
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62897—Coatings characterised by their thickness
    • 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
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • 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
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • 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
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint

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

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种氮化硅复合粉体的制备方法。该氮化硅复合粉体的制备方法包括如下步骤：S1、将硝酸铝和硝酸钇按摩尔比5：2.5‑3加入水中，形成原料溶液；S2、将尿素加入原料溶液中，形成混合溶液；S3、将氮化硅粉体加入混合溶液中，形成混合物；S4：对混合物进行热处理，热处理温度为25‑99℃，热处理后进行固液分离，得到的固体干燥物为氮化硅复合粉体。本发明的氮化硅复合粉体的制备方法，不仅工艺简单而且PH值容易控制，便于推广，此外，在氮化硅表面包覆形成的纳米级烧结助剂均匀。

Description

一种氮化硅复合粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种氮化硅复合粉体的制备方法。
背景技术
陶瓷的显微结构决定了陶瓷材料的性能，显微结构不同，材料性能也会明显不同。其中，显微结构的因素包括晶粒尺寸、晶粒尺寸分布、晶粒形貌、晶界组成、晶界特征分布等。显微结构受到材料组分和材料制备工艺的制约，材料组分不同则其显微结构固然不同，材料组分相同但材料制备工艺不同，则显微结构也会不同。因此，对陶瓷材料的制备工艺进行优化，能够改善陶瓷材料的性能。
传统陶瓷材料制备工艺一般包括：粉体制备、混料、成型和烧结四个基本步骤。粉体制备对陶瓷材料显微结构均匀性有很大的影响。混料会影响陶瓷材料的致密化和显微结构的均匀性。
对于陶瓷复合材料，复合粉体制备采用包覆的方法，这种方法可以控制粉体的团聚状态，提高弥散相和烧结助剂的混合均匀度，促进复合粉体的烧结，并改善复合陶瓷中异相结合状态，降低表面残余应力。
氮化硅陶瓷是一种重要的陶瓷，在氮化硅中添加纳米级烧结助剂可以有效改善氮化硅陶瓷的性能。
目前，在氮化硅中添加纳米级烧结助剂的方法主要有三种：1，利用分散剂在氮化硅中添加纳米级烧结助剂；2，采用氨水滴定法在氮化硅中添加纳米级烧结助剂；3，采用碳酸氢铵滴定法在氮化硅中添加纳米级烧结助剂。
现有技术的一种氮化硅复合材料的制备方法为，郑光明、赵军、周咏辉等发表的Sialon-Si3N4系梯度纳米复合陶瓷刀具材料的设计及制备(郑光明，赵军，周咏辉等.Sialon-Si3N4系梯度纳米复合陶瓷刀具材料的设计及制备[J].硅酸盐学报，2011，39(5)：783-788.)。该方法将纳米Si3N4和纳米Al2O3粉体分别融入液相分散介质(无水乙醇)后，纳米Si3N4溶液中加入相对纳米Si3N4质量0.5％的分子量为4000的聚乙二醇，在纳米Al2O3溶液中加入相对纳米Al2O3质量为1.5％的相对分子质量为4000的聚乙二醇，分别配置成纳米材料占总质量分数为0.2％的悬浮液，将各悬浮液的pH值调整为9.5-10。这种方法存在的一个不足为，必须利用分散剂的分散作用，才可以达到分散均匀的目的，从而避免纳米级颗粒在溶液中发生团聚现象。
现有技术的一种氮化硅复合材料的制备方法为，李国斌于2012在南京理工大学发表的注浆成型制备高性能氮化硅陶瓷技术研究。该方法将Y(NO3)3·6H2O和AlCl3·6H2O加入去离子水混合，再加入氨水调节溶液PH值至10，然后搅拌一段时间，加入烘箱85℃烘干，之后600℃煅烧，得到Al2O3-Y2O3纳米级烧结助剂。这种方法存在的一个不足为，1、氨水滴定难以控制滴定速率的均匀性；2、pH值不稳定；3、氨水滴定得到的包覆前驱体是点覆式包覆，在氮化硅基体表面不是均匀的一层。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种氮化硅复合粉体的制备方法，该氮化硅复合粉体的制备方法不仅工艺简单而且PH值容易控制，便于推广，此外，在氮化硅表面包覆形成的纳米级烧结助剂均匀。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种氮化硅复合粉体的制备方法。具体地，该氮化硅复合粉体的制备方法包括如下步骤：
S1、将硝酸铝和硝酸钇按摩尔比5：2.5-3加入水中，形成原料溶液；
S2、将尿素加入原料溶液中，形成混合溶液；
S3、将氮化硅粉体加入混合溶液中，形成混合物；
S4：对混合物进行热处理，热处理温度为25-99℃，热处理后进行固液分离，得到的固体干燥物为氮化硅复合粉体。
进一步地，在S3中，将氮化硅粉体加入混合溶液中时，氮化硅和硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比为28:5.55-17.7。
进一步地，在S3中，将氮化硅粉体加入混合溶液中时，进行超声处理和水浴搅拌处理。
进一步地，S4包括如下步骤：
S41：对混合物进行热处理，并保温；
S42：将经过S41处理的混合物冷却到室温；
S43：将经过S42处理的混合物进行离心处理，得到固体沉淀物；
S44：对S43得到的固体沉淀物进行干燥处理，得到固体干燥物。
进一步地，在S2中，将尿素加入原料溶液中时，尿素与硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比最小为20：1。
进一步地，在S41中，热处理的方式为水浴热处理，热处理的温度为95℃，保温时间为1-4h。
进一步地，在S43中，离心处理的方式为多次水洗离心后再进行多次酒精离心。
进一步地，在S44中，干燥处理的方式为烘干，烘干温度为60-100℃。
进一步地，在S1中，将硝酸铝和硝酸钇加入水中时，进行水浴搅拌处理。
本发明还提供一种氮化硅复合粉体，氮化硅复合粉体由上述的氮化硅复合粉体的制备方法制备而成。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法，按摩尔比5：2.5-3将硝酸铝和硝酸钇加入水中，使得使用本发明的氮化硅复合粉体的制备方法制备的氮化硅复合粉体烧结时，生成Y3Al5012，Y3Al5012能够使得利用本发明的氮化硅复合粉体的制备方法制备的氮化硅复合粉体烧结生成的陶瓷具有优良的性能；
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，将尿素加入硝酸铝和硝酸钇与水形成的原料溶液中，形成混合溶液，将氮化硅加入混合溶液中，形成混合物，当对混合物进行热处理时，热处理温度为25-99℃，混合物中的尿素就会吸热发生水解反应，生成氢氧根离子，使得混合物成碱性；
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，尿素的水解反应是在尿素均匀的溶于混合溶液中后，当混合物加热时发生的，所以尿素经水解反应生成的氢氧根离子均匀的分散在混合物中，相比较滴定法，氢氧根离子分散的更加均匀，不需要控制滴定速率的均匀性，不仅工艺简单而且PH值容易控制，便于推广；
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，尿素和水的含量固定，尿素水解的温度与时间一定时，尿素水解出的氢氧根离子就固定，通过控制尿素水解的温度与时间就可以控制PH值，相比较滴定法，无需控制滴定的量，PH值容易控制，便于推广；
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，尿素水解生成的氢氧根离子和碳酸根离子均匀分散在混合物中，固液分离分离时，氢氧根离子与铝离子、钇离子生成的氢氧化铝和氢氧化钇均匀分散在混合物中，碳酸根离子与钇离子生成的碳酸钇均匀分散在混合物中，当氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇遇到氮化硅后，就会以氮化硅粉末颗粒为基体包覆在氮化硅的表层，氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇形成的包覆层更均匀；
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，氮化硅粉体加入混合溶液中，氮化硅粉体的每一个颗粒的不规则表面都会与液相的混合溶液充分接触，固液分离分离时，混合物中的氢氧根离子、铝离子、钇离子及碳酸根离子就会以每一个氮化硅颗粒为基体吸出生成氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇并包覆在氮化硅颗粒的不规则表面上，所以在氮化硅表面包覆的纳米级烧结助剂是均匀的一层；
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，尿素均相沉淀对氮化硅颗粒进行包覆，随着氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇不断的以氮化硅为基体吸出，氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇就会在氮化硅的不规则表层一层一层的进行包覆，实现了在氮化硅的不规则表面进行层覆式包覆，所以在氮化硅表面包覆的纳米级烧结助剂是均匀的一层。
综上，本发明的氮化硅复合粉体的制备方法，不仅工艺简单而且PH值容易控制，便于推广，此外，在氮化硅表面包覆形成的纳米级烧结助剂均匀。
附图说明
图1为本发明实施例一制得的氮化硅复合粉体经预烧结后得到的氮化硅烧结体的X射线衍射图谱(XRD图)；
图2为本发明实施例二制得的氮化硅复合粉体经预烧结后得到的氮化硅烧结体的X射线衍射图谱(XRD图)；
图3为本发明实施例三制得的氮化硅复合粉体经预烧结后得到的氮化硅烧结体的X射线衍射图谱(XRD图)；
图4为本发明实施例三未包覆前的200nm标尺下的氮化硅粉体的扫描电子显微(SEM)照片；
图5为本发明实施例三未包覆前的100nm标尺下的氮化硅粉体的扫描电子显微(SEM)照片；
图6为本发明实施例三制得的200nm标尺下的氮化硅复合粉体的扫描电子显微(SEM)照片；
图7为本发明实施例三制得的100nm标尺下的氮化硅复合粉体的扫描电子显微(SEM)照片；
图8为本发明实施例四制得的氮化硅复合粉体经预烧结后得到的氮化硅烧结体的X射线衍射图谱(XRD图)；
图9为本发明实施例五制得的氮化硅复合粉体经预烧结后得到的氮化硅烧结体的X射线衍射图谱(XRD图)；
图10为本发明实施例五未包覆前的500nm标尺下的氮化硅粉体的透射电子显微(TEM)照片；
图11为本发明实施例五制得的500nm标尺下的氮化硅复合粉体的透射电子显微(TEM)照片；
图12为本发明实施例五制得的50nm标尺下的氮化硅复合粉体的透射电子显微(TEM)照片；
图13为对本发明实施例五制得的氮化硅复合粉体进行的EDS检测；
图14为本发明实施例五制得的100nm标尺下的氮化硅复合粉体的透射电子显微(TEM)照片；
图15为本发明实施例五制得的200nm标尺下的氮化硅复合粉体中硅元素的透射电子显微(TEM)照片；
图16为本发明实施例五制得的200nm标尺下的氮化硅复合粉体中铝元素的透射电子显微(TEM)照片；
图17为本发明实施例五制得的200nm标尺下的氮化硅复合粉体中钇元素的透射电子显微(TEM)照片。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法包括如下步骤：
S1、将硝酸铝和硝酸钇按摩尔比5：2.5-3加入水中，形成原料溶液；
S2、将尿素加入原料溶液中，形成混合溶液；
S3、将氮化硅粉体加入混合溶液中，形成混合物；
S4：对混合物进行热处理，热处理温度为25-99℃，热处理后进行固液分离，得到的固体干燥物为氮化硅复合粉体。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法，制备的氮化硅复合粉体为氮化硅及其表层包覆的烧结助剂，烧结助剂为氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇。
硝酸铝和硝酸钇的摩尔比为5:2.5-3，当硝酸铝和硝酸钇的摩尔比小于5:2.5时，使得使用本发明的氮化硅复合粉体的制备方法制备的氮化硅复合粉体烧结时，生成杂相Y203和Y4Al209，Y203和Y4Al209会使得本发明制得的氮化硅复合粉体烧结的陶瓷的性能变差。当硝酸铝和硝酸钇的摩尔比大于5:3时，使得使用本发明的氮化硅复合粉体的制备方法制备的氮化硅复合粉体烧结时，生成杂相Al203，Al203会使得本发明制得的氮化硅复合粉体烧结的陶瓷的性能变差。
对混合物进行热处理，热处理温度为25-99℃，当对混合物进行热处理的时候，尿素会吸热水解，当混合物的温度低于25℃时，尿素的水解几乎不发生，不会对混合物的PH值起作用，达不到调节混合物PH值的目的，当温度大于99℃，由于混合物中水会升华，破坏混合物的液相环境，工艺无法继续。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法，将硝酸铝和硝酸钇加入水中，形成原料溶液，原料溶液为后续反应提供铝离子和钇离子。将尿素加入原料溶液中，形成混合溶液，混合溶液为后续反应提供氢氧根离子作准备。氮化硅粉体加入混合溶液中，形成混合物，混合物为后续沉淀物提供包覆的基体。对混合物进行热处理，使得尿素水解，实现均匀的给混合物中添加反应所需的氢氧根离子。对经过热处理后的混合物进行固液分离，提取固体干燥物，固体干燥物为制备生成的氮化硅复合粉体。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法，按摩尔比5：2.5-3将硝酸铝和硝酸钇加入水中，使得使用本发明的氮化硅复合粉体的制备方法制备的氮化硅复合粉体烧结时，生成Y3Al5012，Y3Al5012能够使得利用本发明的氮化硅复合粉体的制备方法制备的氮化硅复合粉体烧结生成的陶瓷具有优良的性能。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，将尿素加入硝酸铝和硝酸钇与水形成的原料溶液中，形成混合溶液，将氮化硅加入混合溶液中，形成混合物，当对混合物进行热处理时，热处理温度为25-99℃，混合物中的尿素就会吸热发生水解反应，生成氢氧根离子，使得混合物成碱性。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，尿素的水解反应是在尿素均匀的溶于混合溶液中后，当混合物加热时发生的，所以尿素经水解反应生成的氢氧根离子均匀的分散在混合物中，相比较滴定法，氢氧根离子分散的更加均匀，不需要控制滴定速率的均匀性，不仅工艺简单而且PH值容易控制，便于推广。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，尿素和水的含量固定，尿素水解的温度与时间一定时，尿素水解出的氢氧根离子就固定，通过控制尿素水解的温度与时间就可以控制PH值，相比较滴定法，无需控制滴定的量，PH值容易控制，便于推广。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，尿素水解生成的氢氧根离子和碳酸根离子均匀分散在混合物中，固液分离分离时，氢氧根离子与铝离子、钇离子生成的氢氧化铝和氢氧化钇均匀分散在混合物中，碳酸根离子与钇离子生成的碳酸钇均匀分散在混合物中，当氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇遇到氮化硅后，就会以氮化硅粉末颗粒为基体包覆在氮化硅的表层，氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇形成的包覆层更均匀。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，氮化硅粉体加入混合溶液中，氮化硅粉体的每一个颗粒的不规则表面都会与液相的混合溶液充分接触，固液分离分离时，混合物中的氢氧根离子、铝离子、钇离子及碳酸根离子就会以每一个氮化硅颗粒为基体吸出生成氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇并包覆在氮化硅颗粒的不规则表面上，所以在氮化硅表面包覆的纳米级烧结助剂是均匀的一层。
本发明的氮化硅复合粉体的制备方法中，尿素均相沉淀对氮化硅颗粒进行包覆，随着氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇不断的以氮化硅为基体吸出，氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇就会在氮化硅的不规则表层一层一层的进行包覆，实现了在氮化硅的不规则表面进行层覆式包覆，所以在氮化硅表面包覆的纳米级烧结助剂是均匀的一层。
在S3中，将氮化硅粉体加入混合溶液中时，氮化硅和硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比为28：5.55-17.7。
当氮化硅和硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比小于28：5.55时，则会使得氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇过多，出现过多的玻璃相，导致利用本发明的氮化硅复合粉体的制备方法制备的氮化硅复合粉体烧结得到的陶瓷性能减弱，尤其是力学性能减弱。当氮化硅和硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比大于28：17.7时，则会使得氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇过少，在氮化硅的表层包覆的厚度就会变薄且均匀性也会变差。
在S3中，将氮化硅粉体加入混合溶液中时，进行超声处理和水浴搅拌处理。
超声处理中超声波的次级效应如机械震荡、乳化、扩散、击碎等都有利于氮化硅全方位充分混合加入混合溶液中。水浴搅拌处理可以促使氮化硅快速均匀的扩散在混合溶液中。
具体地，S4包括如下步骤：
S41：对混合物进行热处理，并保温；
S42：将经过S41处理的混合物冷却到室温；
S43：将经过S42处理的混合物进行离心处理，得到固体沉淀物；
S44：对S43得到的固体沉淀物进行干燥处理，得到固体干燥物。
其中，在S2中，将尿素加入原料溶液中时，尿素与硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比最小为20：1，在S41中，热处理的方式为水浴热处理，热处理的温度为95℃，保温时间为1-4h。
尿素加入原料溶液中，形成混合溶液，混合溶液未进行热处理，尿素基本不发生水解反应，当给混合物进行热处理时，尿素开始水解，尿素和硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比大于等于20：1，热处理的温度为95℃时，保温时间1-4h时，发生水解的尿素的量为加入的尿素量的一部分，且是一个定量，此时混合物的PH值为7.9。由于尿素水解和尿素的浓度、水解反应的温度及水解反应的时间有关系，所以当尿素的含量足量的时候，只要控制混合物的热处理温度和保温时间，尿素的水解量就固定，进而混合物的PH值固定，所以，只要控制热处理温度和保温时间就可以控制混合物的PH值，相比较现有技术，PH控制方式容易操作，且PH值的控制值更加精确。
在S43中，离心处理的方式为多次水洗离心后再进行多次酒精离心。
经过三次水洗离心和三次酒精离心后，可以将氮化硅及氢氧化铝、氢氧化钇、碳酸钇从混合物中分离出来，且分离效果好。
在S44中，干燥处理的方式为烘干，烘干温度为60-100℃。烘干处理可以使得经S43得到的氮化硅及氢氧化铝、氢氧化钇、碳酸钇的表层干燥，分离效果更好。
在S1中，将硝酸铝和硝酸钇加入水中时，进行水浴搅拌处理。优选地，搅拌转速为300r/min。水浴搅拌能够使得硝酸铝和硝酸钇快速溶解。
本发明还提供一种氮化硅复合粉体，氮化硅复合粉体由上述的氮化硅复合粉体的制备方法制备而成。
综上，本发明的氮化硅复合粉体的制备方法，不仅工艺简单而且PH值容易控制，此外，在氮化硅表面包覆形成的纳米级烧结助剂均匀。
实施例一
S1、将硝酸铝和硝酸钇按摩尔比5：2.5加入500ml去离子水中，形成原料溶液；
S2、待硝酸铝和硝酸钇完全溶解后，将尿素按尿素与硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比为20：1加入原料溶液中，形成混合溶液；
S3、将氮化硅粉体按氮化硅和硝酸铝的摩尔比为28：0.37加入混合溶液中，进行先0.5h的超声处理和后0.5h的水浴搅拌处理，循环三次，形成混合物；
S4：对混合物进行水浴热处理，并保温，热处理的温度为95℃，保温时间为4h；
S5：将经过S4处理的混合物冷却到室温；
S6：将经过S5处理的混合物进行离心处理，离心处理的方式为三次水洗离心后再进行三次酒精离心，得到固体沉淀物；
S7：对S6得到的固体沉淀物进行烘干，烘干温度为80℃，得到固体干燥物；
S8：在空气气氛下，对固体干燥物进行预烧结，预烧结的温度为1150℃，得到氮化硅烧结体。
本实施例中，S7制得的固体干燥物为氮化硅包覆氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇后得到的氮化硅复合粉体。S8制得的氮化硅烧结体为对氮化硅复合粉体进行烧结后的产物。图1为本实施例S7制备的氮化硅复合粉体经S8预烧结后得到的氮化硅烧结体的的X射线衍射图谱(XRD图)，图1表明，S8制备的氮化硅烧结体中含有Y4Al2O9、二氧化硅和氮化硅。其中，Y4Al2O9和二氧化硅为杂质相。
实施例二
S1、将硝酸铝和硝酸钇按摩尔比5:2.7加入500ml去离子水中，形成原料溶液；
S2、待硝酸铝和硝酸钇完全溶解后，将尿素按尿素与硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比为20：1加入原料溶液中，形成混合溶液；
S3、将氮化硅粉体按氮化硅和硝酸铝的摩尔比为28：0.37加入混合溶液中，进行先0.5h的超声处理和后0.5h的水浴搅拌处理，循环三次，形成混合物；
S4：对混合物进行水浴热处理，并保温，热处理的温度为95℃，保温时间为4h；
S5：将经过S4处理的混合物冷却到室温；
S6：将经过S5处理的混合物进行离心处理，离心处理的方式为三次水洗离心后再进行三次酒精离心，得到固体沉淀物；
S7：对S6得到的固体沉淀物进行烘干，烘干温度为80℃，得到固体干燥物；
S8：在空气气氛下，对固体干燥物进行预烧结，预烧结的温度为1150℃，得到氮化硅烧结体。
本实施例中，S7制得的固体干燥物为氮化硅包覆氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇后得到的氮化硅复合粉体，其中，氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇包覆在氮化硅上的厚度为37-66nm。S8制得的氮化硅烧结体为对氮化硅复合粉体进行烧结后的产物。图2为本实施例S7制备的氮化硅复合粉体经S8预烧结后得到的氮化硅烧结体的的X射线衍射图谱(XRD图)，图2表明，S8制备的氮化硅烧结体中含有Y4Al2O9、二氧化硅和氮化硅。其中，Y4Al2O9和二氧化硅为杂质相。
实施例三
S1、将硝酸铝和硝酸钇按摩尔比5：3加入500ml去离子水中，形成原料溶液；
S2、待硝酸铝和硝酸钇完全溶解后，将尿素按尿素与硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比为20：1加入原料溶液中，形成混合溶液；
S3、将氮化硅粉体按氮化硅和硝酸铝的摩尔比为28：0.37加入混合溶液中，进行先0.5h的超声处理和后0.5h的水浴搅拌处理，循环三次，形成混合物；
S4：对混合物进行水浴热处理，并保温，热处理的温度为95℃，保温时间为3h；
S5：将经过S4处理的混合物冷却到室温；
S6：将经过S5处理的混合物进行离心处理，离心处理的方式为三次水洗离心后再进行三次酒精离心，得到固体沉淀物；
S7：对S6得到的固体沉淀物进行烘干，烘干温度为80℃，得到固体干燥物；
S8：在真空或者惰性气体下，对固体干燥物进行预烧结，预烧结的温度为650℃，得到氮化硅烧结体。
本实施例中，S7制得的固体干燥物为氮化硅包覆氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇后得到的氮化硅复合粉体，其中，氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇包覆在氮化硅上的厚度为37-66nm。S8制得的氮化硅烧结体为对氮化硅复合粉体进行烧结后的产物。图3为本实施例S7制备的氮化硅复合粉体经S8预烧结后得到的氮化硅烧结体的的X射线衍射图谱(XRD图)，该图谱表明，S8制备的氮化硅烧结体中只有氮化硅，不含有杂质相。图4(标尺为200nm)和图5(标尺为100nm)为未包覆前的氮化硅粉体的扫描电子显微(SEM)照片，图4和图5表明氮化硅粉体表面光滑，图6(标尺为200nm)和图7(标尺为100nm)为S7制得的氮化硅复合粉体的扫描电子显微(SEM)照片，图6和图7表明氮化硅表面生成了毛绒状的烧结助剂(烧结助剂为氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇)。
实施例四
S1、将硝酸铝和硝酸钇按摩尔比5：3加入500ml去离子水中，形成原料溶液；
S2、待硝酸铝和硝酸钇完全溶解后，将尿素按尿素与硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比为20：1加入原料溶液中，形成混合溶液；
S3、将氮化硅粉体按氮化硅和硝酸铝的摩尔比为28：0.37加入混合溶液中，进行先0.5h的超声处理和后0.5h的水浴搅拌处理，循环三次，形成混合物；
S4：对混合物进行水浴热处理，并保温，热处理的温度为95℃，保温时间为3h；
S5：将经过S4处理的混合物冷却到室温；
S6：将经过S5处理的混合物进行离心处理，离心处理的方式为三次水洗离心后再进行三次酒精离心，得到固体沉淀物；
S7：对S6得到的固体沉淀物进行烘干，烘干温度为80℃，得到固体干燥物；
S8：在真空或者惰性气体下，对固体干燥物进行预烧结，预烧结的温度为850℃，得到氮化硅烧结体。
本实施例中，S7制得的固体干燥物为氮化硅包覆氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇后得到的氮化硅复合粉体，其中，氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇包覆在氮化硅上的厚度为37-66nm。S8制得的氮化硅烧结体为对氮化硅复合粉体进行烧结后的产物。图8为本实施例S7制备的氮化硅复合粉体经S8预烧结后得到的氮化硅烧结体的的X射线衍射图谱(XRD图)，该图谱表明，S8制备的氮化硅烧结体中只有氮化硅，不含有杂质相。
实施例五
S1、将硝酸铝和硝酸钇按摩尔比5：3加入500ml去离子水中，形成原料溶液；
S2、待硝酸铝和硝酸钇完全溶解后，将尿素按尿素与硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比为20：1加入原料溶液中，形成混合溶液；
S3、将氮化硅粉体按氮化硅和硝酸铝的摩尔比为28：0.37加入混合溶液中，进行先0.5h的超声处理和后0.5h的水浴搅拌处理，循环三次，形成混合物；
S4：对混合物进行水浴热处理，并保温，热处理的温度为95℃，保温时间为4h；
S5：将经过S4处理的混合物冷却到室温；
S6：将经过S5处理的混合物进行离心处理，离心处理的方式为三次水洗离心后再进行三次酒精离心，得到固体沉淀物；
S7：对S6得到的固体沉淀物进行烘干，烘干温度为80℃，得到固体干燥物；
S8：在真空或者惰性气体下，对固体干燥物进行预烧结，预烧结的温度为650℃，得到氮化硅烧结体。
本实施例中，S7制得的固体干燥物为氮化硅包覆氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇后得到的氮化硅复合粉体，其中，氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇包覆在氮化硅上的厚度为37-66nm。S8制得的氮化硅烧结体为对氮化硅复合粉体进行烧结后的产物。图9为本实施例S7制备的氮化硅复合粉体经S8预烧结后得到的氮化硅烧结体的X射线衍射图谱(XRD图)，图9表明，S8制备的氮化硅烧结体中含有氮化硅和Y3Al5O12，Y3Al5O12能够改善氮化硅烧结体的性能。图10(标尺为500nm)为未包覆前的氮化硅粉体的透射电子显微(TEM)照片，图10表明氮化硅粉体表面光滑。图11(标尺为100nm)为S7制得的氮化硅复合粉体的透射电子显微(TEM)照片，图11表明氮化硅表面生成了毛绒状的烧结助剂(烧结助剂为氢氧化铝、氢氧化钇及碳酸钇)。图12(标尺为50nm)为对图11中点1处进行高倍透视后得到的透射电子显微(TEM)照片，图12表明，氮化硅的表面有一层厚度为37-66nm的烧结助剂。图13为对图11中的点1进行的EDS检测结果，图13说明了各元素所占的比例。图14(标尺为100nm)为对图11中点1处进行高倍透视后得到的透射电子显微(TEM)照片，对图14中虚线位置进行识别，得到图15、图16和图17。其中，图15(标尺为200nm)为对图13中虚线指示位置识别得到的硅的透射电子显微(TEM)照片，图16(标尺为200nm)为对图13中虚线指示位置识别得到的铝的透射电子显微(TEM)照片，图17(标尺为200nm)为对图13中虚线指示位置识别得到的钇的透射电子显微(TEM)照片，图14、图15、图16和图17表明S7制得的固体干燥物(氮化硅复合粉体)由铝元素和钇元素组成，且硅元素为氮化硅本身的基体元素。
实施例三的SEM照片和实施例五的TEM照片说明在氮化硅的表面包覆上了一层均匀的烧结助剂，烧结助剂包覆在氮化硅表面的包覆效果很好。实施例一、实施例二和实施例三、实施例四及实施例五对比说明，在空气中预烧结没有得到想要的Y3Al5O12，只有在真空中且合适的烧结温度下烧结才能够得到Y3Al5O12。实施例五说明烧结助剂的厚度在37-66nm的范围内，烧结助剂厚度合适，烧结助剂包覆在氮化硅表面的包覆效果很好。
综上，本发明的氮化硅复合粉体的制备方法，不仅工艺简单而且PH值容易控制，便于推广，此外，在氮化硅表面包覆形成的纳米级烧结助剂均匀。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种氮化硅复合粉体的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、将硝酸铝和硝酸钇按摩尔比5：2.5-3加入水中，形成原料溶液；
S2、将尿素加入所述原料溶液中，形成混合溶液；
S3、将氮化硅粉体加入所述混合溶液中，形成混合物；
S4：对混合物进行热处理，热处理温度为25-99℃，热处理后进行固液分离，得到的固体干燥物为氮化硅复合粉体。
2.根据权利要求1所述的氮化硅复合粉体的制备方法，其特征在于，
在S3中，将氮化硅粉体加入混合溶液中时，所述氮化硅和所述硝酸铝、所述硝酸钇的混合物的摩尔比为28：5.55-17.7。
3.根据权利要求1所述的氮化硅复合粉体的制备方法，其特征在于，
在S3中，将氮化硅粉体加入混合溶液中时，进行超声处理和水浴搅拌处理。
4.根据权利要求1所述的氮化硅复合粉体的制备方法，其特征在于，
S4包括如下步骤：
S41：对混合物进行热处理，并保温；
S42：将经过S41处理的混合物冷却到室温；
S43：将经过S42处理的混合物进行离心处理，得到固体沉淀物；
S44：对S43得到的固体沉淀物进行干燥处理，得到固体干燥物。
5.根据权利要求4所述的氮化硅复合粉体的制备方法，其特征在于，
在S2中，将尿素加入所述原料溶液中时，所述尿素与所述硝酸铝、硝酸钇的混合物的摩尔比最小为20：1。
6.根据权利要求5所述的氮化硅复合粉体的制备方法，其特征在于，
在S41中，热处理的方式为水浴热处理，热处理的温度为95℃，保温时间为1-4h。
7.根据权利要求4所述的氮化硅复合粉体的制备方法，其特征在于，
在S43中，离心处理的方式为多次水洗离心后再进行多次酒精离心。
8.根据权利要求1所述的氮化硅复合粉体的制备方法，其特征在于，
在S44中，干燥处理的方式为烘干，烘干温度为60-100℃。
9.根据权利要求1所述的氮化硅复合粉体的制备方法，其特征在于，
在S1中，将硝酸铝和硝酸钇加入水中时，进行水浴搅拌处理。
10.一种氮化硅复合粉体，其特征在于，所述氮化硅复合粉体由权利要求1-9中任一项所述的氮化硅复合粉体的制备方法制备而成。
CN201710537447.6A 2017-07-04 2017-07-04 一种氮化硅复合粉体的制备方法 Active CN107337454B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710537447.6A CN107337454B (zh) 2017-07-04 2017-07-04 一种氮化硅复合粉体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710537447.6A CN107337454B (zh) 2017-07-04 2017-07-04 一种氮化硅复合粉体的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107337454A CN107337454A (zh) 2017-11-10
CN107337454B true CN107337454B (zh) 2019-10-25

Family

ID=60219104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710537447.6A Active CN107337454B (zh) 2017-07-04 2017-07-04 一种氮化硅复合粉体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107337454B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112028637A (zh) * 2020-08-24 2020-12-04 中材高新氮化物陶瓷有限公司 一种航空轴承用高可靠性长寿命氮化硅陶瓷球的制备方法
CN116217244A (zh) * 2021-12-03 2023-06-06 中国科学院金属研究所 一种利用共沉淀反应均匀包覆氮化硅烧结助剂的方法
CN115724666A (zh) * 2022-12-16 2023-03-03 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 一种表面包覆立方氮化硼粉体及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85100506A (zh) * 1985-04-01 1986-08-13 中国科学院上海硅酸盐研究所 重烧结氮化硅陶瓷制备方法
CN1827554A (zh) * 2006-02-09 2006-09-06 武汉理工大学 包覆式ZrB2复合粉体的制备方法
CN101445222A (zh) * 2008-12-26 2009-06-03 九江学院 一种壳核式Si3N4复合粉体的化学制备方法
CN101555156A (zh) * 2009-05-15 2009-10-14 山东大学 一种氮化硼晶须/氮化硅陶瓷复合材料及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5224293B2 (ja) * 2009-07-15 2013-07-03 独立行政法人産業技術総合研究所 反応焼結基窒化ケイ素セラミックス及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85100506A (zh) * 1985-04-01 1986-08-13 中国科学院上海硅酸盐研究所 重烧结氮化硅陶瓷制备方法
CN1827554A (zh) * 2006-02-09 2006-09-06 武汉理工大学 包覆式ZrB2复合粉体的制备方法
CN101445222A (zh) * 2008-12-26 2009-06-03 九江学院 一种壳核式Si3N4复合粉体的化学制备方法
CN101555156A (zh) * 2009-05-15 2009-10-14 山东大学 一种氮化硼晶须/氮化硅陶瓷复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107337454A (zh) 2017-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107337454B (zh) 一种氮化硅复合粉体的制备方法
CN106744744B (zh) 一种钴掺杂蜂窝状石墨相氮化碳纳米材料的制备方法及所得产物
CN108706637B (zh) 一种尺寸均匀可调的磁性氧化铁介晶材料的制备方法
CN102923770B (zh) 一种钇稳定纳米二氧化锆粉体的制备方法
CN106431418A (zh) 水热法制备纳米AlN粉体的方法和其中间体及产品
CN107721429A (zh) 碳化锆‑碳化硅复合粉体材料及其制备方法
CN102180675A (zh) 化学共沉淀碳热还原法制备γ-AlON粉末的方法
CN115432937B (zh) 一种具有微纳组合阵列的磷酸铝薄膜及其制备方法
CN109704403A (zh) 一种高韧性氧化锆基复合粉及其制备方法
CN109912309A (zh) 一种制备氮化铝粉体的新混料工艺
Li et al. Effect of nitriding atmosphere on the morphology of AlN nanofibers from solution blow spinning
CN113735593B (zh) 一种微观结构可调的SiCnws-ZrB2-ZrC杂化陶瓷粉体及其制备方法
CN109336590A (zh) 氧化镁部分稳定氧化锆、氧化镁部分稳定氧化锆陶瓷及其制备方法和应用
JPH06199569A (ja) ジルコニア及びイットリア安定化ジルコニア成形物の製造方法
CN114315378A (zh) 改性纳米氧化锌材料及其制备方法与应用、陶瓷材料与瓷砖
CN113620329A (zh) 一种氧化铝-氧化锆纳米复合粉的制备方法
Narisawa et al. Carbon–silica alloy material as silicon carbide precursor prepared from phenol resin and ethyl silicate
CN112159240A (zh) 一种熔盐法合成铪酸镧粉体的制备方法
CN110409170A (zh) 一种碳纤维表面ZrB2涂层的制备方法
CN108314453A (zh) 一种提高碳化硅粉末在水系中分散稳定性的方法
CN110396817A (zh) 一种碳纤维表面HfZrB2涂层的制备方法
CN116217244A (zh) 一种利用共沉淀反应均匀包覆氮化硅烧结助剂的方法
Fadaie et al. Effect of dopant concentration and particle size on fluorescence properties of Y 2 O 3: Eu 3+ derived in presence of NIPAM/AAc copolymer
CN105984891A (zh) 一种低温制备纳米氧化铝的方法
CN110318254A (zh) 一种碳纤维表面HfB2涂层的制备方法

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