CN110723974A - 一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110723974A
CN110723974A CN201910939951.8A CN201910939951A CN110723974A CN 110723974 A CN110723974 A CN 110723974A CN 201910939951 A CN201910939951 A CN 201910939951A CN 110723974 A CN110723974 A CN 110723974A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
sialon ceramic
hardness
ceramic material
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.)
Pending
Application number
CN201910939951.8A
Other languages
English (en)
Inventor
银锐明
吴泱
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.)
Hunan University of Technology
Original Assignee
Hunan University of 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 Hunan University of Technology filed Critical Hunan University of Technology
Priority to CN201910939951.8A priority Critical patent/CN110723974A/zh
Publication of CN110723974A publication Critical patent/CN110723974A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • C04B35/597—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 oxynitride, e.g. SIALONS
    • 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
    • C04B2235/32—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
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3856—Carbonitrides, e.g. titanium carbonitride, zirconium carbonitride
    • 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
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6023—Gel casting
    • 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
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用，该Sialon陶瓷材料采用氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉制备而得，具有耐磨性好，硬度高，热稳定性好和韧性好的特点，能够满足苛刻的服役条件。本发明同时提供了所述材料的制备方法，经混合、球磨处理、水基凝胶注模成型、干燥处理、烧结即得，制备方法简单易行。本发明提供的高硬度Sialon陶瓷材料可应用于制作陶瓷刀具方面，制备的陶瓷刀具硬度高，断裂韧性好，使用寿命长。

Description

一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用。
背景技术
高温合金具有优异的高温强度和良好的抗氧化性等综合性能，被广泛应用于航天，航空，核反应堆等重要领域。但由于其较差的热性能且有严重的加工硬化现象，高温合金很难被加工。传统的高速钢刀具在加工高温合金时容易崩刃，而硬质合金刀具切削高温合金时的切削速度很低，导致需要寻求一种新型的具有高硬度，高断裂韧性的刀具来加工高温合金。Sialon陶瓷刀具具有较高的高温强度，良好的力学性能和高温抗氧化性，因此可以被应用于高速加工难加工材料，比如高温合金。
现有的Sialon陶瓷材料在制备过程中通常采用压制成型或非水基注凝成型，采用压制成型时，受粉末间摩擦阻力的影响，容易造成物料分布不均，影响Sialon陶瓷材料的工作性能，在使用时容易开裂；Sialon陶瓷材料以氮化铝作为原材料，由于氮化铝会与水发生反应，所以在注凝成型只能使用非水基注凝成型，即通过利用有机单体和少量添加剂的化学反应原位凝固成型，然而生产过程中，陶瓷粉料在与非水基凝胶球磨后若不及时倒出容易发生固化，影响后续生产；同时非水基注凝成型对成型时的温度要求较高，提高了生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种高硬度Sialon陶瓷材料，该材料由氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉制备而成，具有硬度高，耐磨性好，工作温度高和韧性好的优点。
本发明要解决的另一技术问题是提供所述高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，将氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉与有机溶剂混合经球磨处理、水基凝胶注模成型、干燥处理、烧结即得。该制备方法原材料种类少，工艺设计合理，能大规模应用于工业生产。
本发明还要解决的技术问题是提供所述高硬度Sialon陶瓷材料在制作陶瓷刀具方面的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高硬度Sialon陶瓷材料，所述高硬度Sialon陶瓷材料采用氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉作为原材料与水基高分子凝胶制备而得，按照原材料的总质量计，所述氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉质量百分比如下：氮化硅粉为72～78wt％，碳氮化铝粉为8～12wt％，氧化铝粉为10～13wt％，氧化钇粉为3wt％。
优选地，所述氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉所占百分比如下：氮化硅粉为75～78wt％，碳氮化铝粉为8～10wt％，氧化铝粉为11～13wt％，氧化钇粉为3wt％。
进一步地，所述水基高分子凝胶以蒸馏水、单体、交联剂、分散剂、引发剂、催化剂为原材料。
优选地，所述水基高分子凝胶各原材料的质量百分比如下：蒸馏水为71.2wt％、单体为20.4wt％、交联剂为1.4wt％、分散剂为2.3wt％、引发剂为3.9wt％、催化剂为0.8wt％。
进一步地，所述单体为N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，所述分散剂为聚丙烯酸铵，所述引发剂为过硫酸铵，所述催化剂为四甲基乙二胺。。
进一步地，所述高硬度Sialon陶瓷原材料与水基高分子凝胶原材料的质量比为1:0.53。
本发明还提供一种上述高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按比例取氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉，与水基高分子凝胶的部分原材料混合均匀，得混合料，将混合料放入球磨机中进行球磨，得球磨料；
S2.向步骤S1中制备的球磨料中加入水基高分子凝胶原材料的剩余部分，最后倒入模具，水基凝胶注模成型，得坯体；
S3.将步骤S2中的坯体干燥处理；
S4.将步骤S3中干燥好的坯体放入烧结炉，烧结冷却后，得高硬度Sialon陶瓷材料。
进一步地，步骤S1中所述球磨机中采用的磨球为氧化锆球；球料比为(1.8～2)：1；步骤S1中球磨料的粒径≤1μm。
进一步地，步骤S2中所述水基凝胶注模成型过程中溶剂为蒸馏水，单体为N,N-二甲基丙烯酰胺。
进一步地，步骤S3中所述干燥是采用鼓风干燥箱烘干球磨料，干燥温度为50℃，时间为24小时。
进一步地，步骤S4中所述烧结为常压烧结；所述烧结过程条件如下：
第一阶段：在真空度为20～30Pa条件下，通入流动氮气，以10℃/min速率升温至1000℃；
第二阶段：以7.5℃/min速率升温至1450℃，保温30min；
第三阶段：以6℃/min速率升温至1550～1750℃，保温60～120min；
第四阶段：随炉冷却至室温，得Sialon陶瓷材料。
一种上述高硬度Sialon陶瓷材料在制作陶瓷刀具方面的应用，具体地，所述应用为：以高硬度Sialon陶瓷材料作为刀具材料，制作刀具。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明以氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉为原材料，经混合，球磨，成型，烘干，烧结后得到高硬度Sialon陶瓷材料，制备工艺简单。通过在原材料里添加碳氮化铝，能有效促进促进Sialon陶瓷中α相的生成，提升Sialon陶瓷材料在高温下的性能。同时，在制备过程中经过球磨后的碳氮化铝能有效促进Sialon陶瓷中发生晶粒细化，使得硬度和断裂韧性大大提高，从而获得优越的力学性能。
本发明使用的成型方法为水基凝胶注模成型，通过添加AlCN粉末，为Sialon陶瓷的制备提供了一种全新的成型方法，克服了传统Sialon陶瓷制备原料中的AlN成分不适用水基凝胶注模的技术缺陷，获得具有良好微观均匀性和一定强度的坯体。相比于压制成型，此成型方法操作简单，耗时短；相比于非水基注凝成型，此成型方法均匀性好，容易干燥，成本低。
本发明制备的高硬度Sialon陶瓷材料具有硬度高，耐磨性好，工作温度高和韧性好的特点，可用于制作刀具。使用本发明提供的Sialon陶瓷材料制备的刀具工作过程中散热快、冷却效果好，同时硬度高，能够满足苛刻的服役条件，切割性能好，使用寿命长。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明中所用碳氮化铝粉末来源为宁波金雷纳米材料科技有限公司，型号为JL-ALCN-1。
在凝胶注模成型过程中，为了使水基高分子凝胶能完全包裹原材料粉体，防止出现开裂，本发明中Sialon陶瓷原材料与水基高分子凝胶原材料的质量比为1:0.53。其中水基高分子凝胶各原材料的质量百分比如下：蒸馏水为71.2wt％、单体为20.4wt％、交联剂为1.4wt％、分散剂为2.3wt％、引发剂为3.9wt％、催化剂为0.8wt％。
实施例1
本实施例提供一种高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
S1.按比例称取氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉，其质量分数分别为72％、12％、13％、3％；将称好的原材料与蒸馏水，N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，聚丙烯酸铵按比例混合均匀，得混合料；将混合料放入球磨机球磨，球磨机所用磨球为氧化锆球，球料比为1.8:1；球磨至粒径≤1μm，得球磨料；
S2.将步骤S1中制备的球磨料取出，倒入烧杯，依次按比例加入过硫酸铵和四甲基乙二胺；搅拌均匀后倒入模具，静置，凝固成型，得坯体；
S3.将步骤S2中制备的坯体放入鼓风干燥箱内，在50℃的条件下干燥24小时；
S4.将步骤S3中干燥后的坯体进行常压烧结，烧结过程如下：
第一阶段：在真空度为20～30Pa条件下，通入流动氮气，以10℃/min速率升温至1000℃；
第二阶段：以7.5℃/min速率升温至1450℃，保温30min；
第三阶段：以6℃/min速率升温至1550℃，保温60min；
第四阶段：随炉冷却至室温，得Sialon陶瓷材料。
实施例2
本实施例提供一种高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
S1.按比例称取氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉，其质量分数分别为76％、10％、11％、3％；将称好的原材料与蒸馏水，N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，聚丙烯酸铵按比例混合均匀，得混合料；将混合料放入球磨机球磨，球磨机所用磨球为氧化锆球，球料比为1.8:1；球磨至粒径≤1μm，得球磨料；
S2.将步骤S1中制备的球磨料取出，倒入烧杯，依次按比例加入过硫酸铵和四甲基乙二胺；搅拌均匀后倒入模具，静置，凝固成型，得坯体；
S3.将步骤S2中制备的坯体放入鼓风干燥箱内，在50℃的条件下干燥24小时；
S4.将步骤S3中干燥后的坯体进行常压烧结，烧结过程如下：
第一阶段：在真空度为20～30Pa条件下，通入流动氮气，以10℃/min速率升温至1000℃；
第二阶段：以7.5℃/min速率升温至1450℃，保温30min；
第三阶段：以6℃/min速率升温至1600℃，保温60min；
第四阶段：随炉冷却至室温，得Sialon陶瓷材料。
实施例3
本实施例提供一种高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
S1.按比例称取氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉，其质量分数分别为78％、9％、10％、3％；将称好的原材料与蒸馏水，N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，聚丙烯酸铵按比例混合均匀，得混合料；将混合料放入球磨机球磨，球磨机所用磨球为氧化锆球，球料比为2:1；球磨至粒径≤1μm，得球磨料；
S2.将步骤S1中制备的球磨料取出，倒入烧杯，依次按比例加入过硫酸铵和四甲基乙二胺；搅拌均匀后倒入模具，静置，凝固成型，得坯体；
S3.将步骤S2中制备的坯体放入鼓风干燥箱内，在50℃的条件下干燥24小时；
S4.将步骤S3中干燥后的坯体进行常压烧结，烧结过程如下：
第一阶段：在真空度为20～30Pa条件下，通入流动氮气，以10℃/min速率升温至1000℃；
第二阶段：以7.5℃/min速率升温至1450℃，保温30min；
第三阶段：以6℃/min速率升温至1650℃，保温60min；
第四阶段：随炉冷却至室温，得Sialon陶瓷材料。
实施例4
本实施例提供一种高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
S1.按比例称取氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉，其质量分数分别为75％、9％、13％、3％；将称好的原材料与蒸馏水，N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，聚丙烯酸铵按比例混合均匀，得混合料；将混合料放入球磨机球磨，球磨机所用磨球为氧化锆球，球料比为1.8:1；球磨至粒径≤1μm，得球磨料；
S2.将步骤S1中制备的球磨料取出，倒入烧杯，依次按比例加入过硫酸铵和四甲基乙二胺；搅拌均匀后倒入模具，静置，凝固成型，得坯体；
S3.将步骤S2中制备的坯体放入鼓风干燥箱内，在50℃的条件下干燥24小时；
S4.将步骤S3中干燥后的坯体进行常压烧结，烧结过程如下：
第一阶段：在真空度为20～30Pa条件下，通入流动氮气，以10℃/min速率升温至1000℃；
第二阶段：以7.5℃/min速率升温至1450℃，保温30min；
第三阶段：以6℃/min速率升温至1700℃，保温60min；
第四阶段：随炉冷却至室温，得Sialon陶瓷材料。
实施例5
本实施例提供一种高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
S1.按比例称取氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉，其质量分数分别为78％、8％、11％、3％；将称好的原材料与蒸馏水，N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，聚丙烯酸铵按比例混合均匀，得混合料；将混合料放入球磨机球磨，球磨机所用磨球为氧化锆球，球料比为2:1；球磨至粒径≤1μm，得球磨料；
S2.将步骤S1中制备的球磨料取出，倒入烧杯，依次按比例加入过硫酸铵和四甲基乙二胺；搅拌均匀后倒入模具，静置，凝固成型，得坯体；
S3.将步骤S2中制备的坯体放入鼓风干燥箱内，在50℃的条件下干燥24小时；
S4.将步骤S3中干燥后的坯体进行常压烧结，烧结过程如下：
第一阶段：在真空度为20～30Pa条件下，通入流动氮气，以10℃/min速率升温至1000℃；
第二阶段：以7.5℃/min速率升温至1450℃，保温30min；
第三阶段：以6℃/min速率升温至1750℃，保温60min；
第四阶段：随炉冷却至室温，得Sialon陶瓷材料。
对比例1
本对比例参照实施例5，提供一种高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，与实施例5不同之处在于：步骤S1中原材料组分不同；具体的，氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉的质量分数分别为78％、6％、13％、3％。
对比例2
本对比例参照实施例5，提供一种高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，本对比例中原材料各组分的用量与实施例5相同，与实施例5不同之处在于：无需添加高分子凝胶，采用模压成型，成型压力为25MPa。
对比例3
本对比例参照实施例5，提供一种高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，与实施例5不同之处在于：步骤S4中烧结过程第四阶段保温时间为2h。
对实施例1～5和对比例1～3制备的高硬度Sialon陶瓷材料进行各项性能测试，结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002222600940000071
Figure BDA0002222600940000081
通过以上测试结果可知，实施例1～5制备的高硬度Sialon陶瓷材料的各项性能均优于对比例1～3，其中以实施例5制备的高硬度Sialon陶瓷材料的效果最佳。
而在对比例1中，碳氮化铝粉的含量下降，其他成分增加，影响了Sialon陶瓷中α相的生成，Sialon陶瓷的力学性能下降，导致成品硬度和韧性较差；对比例2中采用压制成型，制备的Sialon陶瓷生坯均匀性一般，烧结后的成品的力学性能不如实施例3制备的Sialon陶瓷材料；对比例3延长了保温时间，产生过烧现象，陶瓷内部有一定数量的金属液滴，说明其中的Sialon晶粒分解，成品力学性能大大降低。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高硬度Sialon陶瓷材料，其特征在于，所述高硬度Sialon陶瓷材料采用氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉作为原材料与水基高分子凝胶制备而得，按照原材料的总质量计，所述氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉质量百分比如下：氮化硅粉为72~78wt%，碳氮化铝粉为8~12wt%，氧化铝粉为10~13wt%，氧化钇粉为3wt%。
2.根据权利要求1所述的高硬度Sialon陶瓷材料，其特征在于，所述氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉所占百分比如下：氮化硅粉为75~78wt%，碳氮化铝粉为8~10wt%，氧化铝粉为11~13wt%，氧化钇粉为3wt%。
3.根据权利要求1所述的高硬度Sialon陶瓷材料，其特征在于，所述水基高分子凝胶以蒸馏水、单体、交联剂、分散剂、引发剂、催化剂为原材料。
4.根据权利要求3所述的高硬度Sialon陶瓷材料，其特征在于，所述单体为N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，所述分散剂为聚丙烯酸铵，所述引发剂为过硫酸铵，所述催化剂为四甲基乙二胺。
5.根据权利要求3所述的高硬度Sialon陶瓷材料，其特征在于，所述Sialon陶瓷原材料与水基高分子凝胶原材料的质量比为1:0.53。
6.一种权利要求1~5任一项所述高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.按比例取氮化硅粉、碳氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉，与水基高分子凝胶的部分原材料混合均匀，得混合料，将混合料放入球磨机中进行球磨，得球磨料；
S2.向步骤S1中制备的球磨料中加入水基高分子凝胶原材料的剩余部分，最后倒入模具，水基凝胶注模成型，得坯体；
S3.将步骤S2中的坯体干燥处理；
S4.将步骤S3中干燥好的坯体放入烧结炉，烧结冷却后，得Sialon陶瓷材料。
7.根据权利要求6所述的高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述球磨机中采用的磨球为氧化锆球；球料比为（1.8~2）：1；步骤S1中球磨料的粒径≤1μm。
8.根据权利要求6所述的高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述干燥是采用鼓风干燥箱烘干球磨料，干燥温度为50℃，时间为24小时。
9.根据权利要求6所述的高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述烧结为常压烧结；所述烧结过程条件如下：
第一阶段：在真空度为20~30Pa条件下，通入流动氮气，以10℃/min速率升温至1000℃；
第二阶段：以7.5℃/min速率升温至1450℃，保温30min；
第三阶段：以6℃/min速率升温至1550~1750℃，保温60~120min；
第四阶段：随炉冷却至室温，得Sialon陶瓷材料。
10.一种权利要求1~5任一项所述高硬度Sialon陶瓷材料在制作陶瓷刀具方面的应用。
CN201910939951.8A 2019-09-30 2019-09-30 一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用 Pending CN110723974A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910939951.8A CN110723974A (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910939951.8A CN110723974A (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110723974A true CN110723974A (zh) 2020-01-24

Family

ID=69218618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910939951.8A Pending CN110723974A (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110723974A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111635236A (zh) * 2020-05-26 2020-09-08 南京理工大学 一种微波烧结塞隆陶瓷材料的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61219762A (ja) * 1985-03-27 1986-09-30 住友電気工業株式会社 非鉄金属及び非鉄合金のダイキヤスト用セラミツク型
EP0253497B1 (en) * 1986-06-13 1994-08-17 Martin Marietta Corporation Composites having an intermetallic containing matrix
CN101397210A (zh) * 2007-09-24 2009-04-01 深圳市金科特种材料股份有限公司 制备氮化硅陶瓷发热体的凝胶注模成型工艺方法
CN101747054A (zh) * 2009-12-25 2010-06-23 天津大学 含金属硅粉的氮化硅陶瓷材料凝胶注模成型方法
CN103613402A (zh) * 2013-12-04 2014-03-05 天津大学 凝胶注模制备O-Sialon多孔材料及制备方法
CN108115263A (zh) * 2017-12-27 2018-06-05 富耐克超硬材料股份有限公司 搅拌摩擦焊用搅拌头及其制备方法
CN109734457A (zh) * 2019-01-24 2019-05-10 湖南工业大学 一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61219762A (ja) * 1985-03-27 1986-09-30 住友電気工業株式会社 非鉄金属及び非鉄合金のダイキヤスト用セラミツク型
EP0253497B1 (en) * 1986-06-13 1994-08-17 Martin Marietta Corporation Composites having an intermetallic containing matrix
CN101397210A (zh) * 2007-09-24 2009-04-01 深圳市金科特种材料股份有限公司 制备氮化硅陶瓷发热体的凝胶注模成型工艺方法
CN101747054A (zh) * 2009-12-25 2010-06-23 天津大学 含金属硅粉的氮化硅陶瓷材料凝胶注模成型方法
CN103613402A (zh) * 2013-12-04 2014-03-05 天津大学 凝胶注模制备O-Sialon多孔材料及制备方法
CN108115263A (zh) * 2017-12-27 2018-06-05 富耐克超硬材料股份有限公司 搅拌摩擦焊用搅拌头及其制备方法
CN109734457A (zh) * 2019-01-24 2019-05-10 湖南工业大学 一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.И.别略耶夫等: "《电冶铝 下册》", 31 August 1957, 高等教育出版社 *
G. A. JEFFREY ET AL.: "The Structures of Alumimum Carbonitrides.Ⅱ", 《ACTA CRYSTALLOGRAPHICA》 *
周张健: "《无机非金属材料工艺学》", 31 January 2010, 中国轻工业出版社 *
鞠鲁粤: "《工程材料与成形技术基础》", 31 December 2004, 高等教育出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111635236A (zh) * 2020-05-26 2020-09-08 南京理工大学 一种微波烧结塞隆陶瓷材料的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111848198B (zh) 一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法及其产品
US20220325380A1 (en) Tungsten-base alloy material and preparation method therefor
CN109972015B (zh) Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法
WO2022237267A1 (zh) 一种大尺寸氮化硅陶瓷球及其制备方法和应用
CN107602099B (zh) 一种含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖及其制备方法
CN110818428B (zh) 一种共晶增强增韧氮化硅陶瓷的制备方法
WO2023077709A1 (zh) 一种固相烧结碳化硅制品及其制备方法
CN109734457B (zh) 一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用
CN113105252A (zh) 一种制备氮化硅陶瓷的烧结助剂及其应用、氮化硅陶瓷的制备方法
CN102747243A (zh) 一种石墨烯改性硬质合金的制备方法
CN115849885B (zh) 高纯高强度氧化铝陶瓷基板及其制备方法
WO2022011721A1 (zh) 一种大规格复杂刀具用粉末冶金高速钢及其制备方法
CN109369193A (zh) 一种具有高硬、高韧性能的氮化硅陶瓷及其制备方法和应用
CN103524134A (zh) 一种氮化硅-碳氮化钛微纳米复合材料的制备方法
CN110723974A (zh) 一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用
CN108546128B (zh) 一种碳化硅陶瓷无压烧结工艺
CN113385856A (zh) 三元硼化物Mo2NiB2合金焊材及其生产工艺
CN111469063A (zh) 一种不锈钢平磨专用cbn砂轮及其制备方法
CN108145618B (zh) 一种纳米陶瓷结合剂cbn磨具的微波制备方法
CN114454099A (zh) 一种钛合金磨削用高效砂轮及其制备工艺
CN112341164B (zh) 一种用于玻璃热弯成型的陶瓷模具及其制备方法
CN112919910B (zh) 一种超硬聚晶刀具的制备方法
WO2001030722A1 (fr) Briquette frittee en ceramique composite a structure de base en wc
CN111875359B (zh) 一种耐高压绝缘定位陶瓷材料
CN113511898B (zh) 一种可焊接碳化硅陶瓷桶的制备方法

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