CN111606716A - 一种基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，所述基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片以氮化硅(Si3N4)、碳氮化钛(TiCN)、助烧剂为原料，所述基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片是将氮化硅(Si3N4)、碳氮化钛(TiCN)、助烧剂混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在90‑150MPa条件下进行冷等静压处理，保压时间为30‑90S，在1‑10MPa惰性或还原气体氛围中1650‑1800℃的条件下烧结2‑4小时，气氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗2‑8小时制得。与现有技术相比，本发明通过优化配方和工艺参数，制得的氮化硅耐磨片具有耐磨性好、尺寸均匀、成品率高等优点，广泛应用于钢铁厂、港口、矿山机械的管道和料仓表面的耐磨贴片。

Description

一种基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片
技术领域
本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片。
背景技术
氮化硅陶瓷是综合性能最优的特种陶瓷材料,氮化硅具有高强度、高硬度、高断裂韧 性、抗热冲击、摩擦系数低，已广泛应用在光伏、汽车、冶金、化工、能源、环保、航空 航天等多个领域。
目前常用的耐磨陶瓷材料是氧化铝Al2O3陶瓷，氧化铝Al2O3陶瓷具有良好的绝缘性、 化学稳定性、力学性能和低的价格。Si3N4陶瓷与Al2O3陶瓷相比，具有不可替代的优势。Si3N4陶瓷的抗弯强度高达600-1000MPa，而Al2O3陶瓷的抗弯强度约为300MPa，因此Si3N4陶瓷的抗弯强度是Al2O3陶瓷的抗弯强度的两倍以上，抗冲击性更优；Si3N4陶瓷的密度为3.2g/cm3比Al2O3陶瓷的密度(3.64g/cm3)要小，在同样的条件下，氮化硅耐磨贴片可以 更薄更轻。Si3N4陶瓷相比较Al2O3陶瓷具有更小的热膨胀系数，抗热冲击性更优。氮化硅 Si3N4陶瓷在强度韧性、热膨胀系数、耐热冲击性、耐磨损和耐腐蚀等方面比氧化铝陶瓷均 有明显优势，现开始广泛应用于钢铁厂、港口、矿山机械的管道和料仓表面的耐磨贴片。
中国专利CN109467441A公开了一种生物医用氮化硅组合物及氮化硅陶瓷的制备方 法，涉及骨科生物医用陶瓷领域。所述方法包括提供生物医用氮化硅组合物，其中，生物医用氮化硅组合物包括70％～98％重量份的氮化硅和2％～30％重量份的添加剂，添加剂为氧化镁、氧化钇、氧化铝、氧化镱、氧化锶、氧化铈、碳化钛、氮化硼中的至少两种； 对生物医用氮化硅组合物进行成型处理，得到待烧结件；对待烧结件进行烧结处理，得到 烧结件；对烧结件进行后处理，得到生物医用氮化硅陶瓷件。通过向氮化硅陶瓷粉中添加 2％～30％重量份的添加剂，可以提高所得氮化硅陶瓷产品的各项性能，更加适合于骨科 植入物的临床需求。该方案中对原料进行球磨处理后再利用喷雾造粒机进行造粒，采用该 方法可以得到粒径分布均匀的氮化硅混合物，但是在喷雾造粒过程中，氮化硅混合物的粒 径的均匀性受造粒的温度、压力、供料速度以及搅拌时间影响较大。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，所述基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片 以氮化硅(Si3N4)、碳氮化钛(TiCN)、助烧剂为原料，所述基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片是将氮化硅(Si3N4)、碳氮化钛(TiCN)、助烧剂混合均匀得到氮化硅配方粉， 将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行 塑封，在90-150MPa条件下进行冷等静压处理，保压时间为30-90S，在1-10MPa惰性或还 原气体氛围中1650-1800℃的条件下烧结2-4小时，气氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振 磨抛洗2-8小时制得。
在上述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片中，所述氮化硅(Si3N4)、碳氮化钛(TiCN)和助烧剂由以下重量份数制成：氮化硅(Si3N4)88-93份；碳氮化钛(TiCN)1-3 份；助烧剂6-9份。
在上述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片中，所述助烧剂由氧化钇(Y2O3)和氧 化镁(MgO)组成,其中氧化钇(Y2O3)1-2份；氧化镁(MgO)5-7份。
在上述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片中，所述助烧剂由氧化钇(Y2O3)和氧 化铈(CeO2)组成,其中氧化钇(Y2O3)2-3份；氧化铈(CeO2)4-6份。
在上述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片中，所述助烧剂由氧化镧(La2O3)和氧 化镁(MgO)组成，其中氧化镧(La2O3)1-2份；氧化镁(MgO)5-7份。
在上述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片中，所述助烧剂由氧化镧(La2O3)和氧 化铈(CeO2)组成，其中氧化镧(La2O3)1-2份；氧化铈(CeO2)5-7份。
在上述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片中，所述助烧剂由氧化镱(Yb2O3)和氧化镁(MgO)组成，其中氧化镱(Yb2O3)1-2份；氧化镁(MgO)5-7份。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明设计了一种基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，通过优化配方和工艺参数， 制得的氮化硅耐磨片相比现有的氮化硅陶瓷材料具有耐磨性好、尺寸均匀、成品率高等优 点。
2.本发明制备的氮化硅耐磨片具有强度高、韧性好、耐冲击和耐磨性好，而且表面光洁， 棱角完整，无需再加工就可用作钢铁厂、港口、矿山机械的管道和料仓表面的耐磨贴片。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例 仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。
下面结合具体实施例，对本发明进行详细阐述：
实施例一：
将88份氮化硅(Si3N4)、3份碳氮化钛(TiCN)、2份氧化钇(Y2O3)、7份氧化镁(MgO)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在90MPa条件下进行冷等静压处理，保压时间为90S，在1MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1650℃的条件下烧结4小时，气 氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗2小时制得。
实施例二：
将93份氮化硅(Si3N4)、1份碳氮化钛(TiCN)、1份氧化钇(Y2O3)、5份氧化镁(MgO)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在150MPa条件下进行冷等静压处理，保压时间为30S，在8MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1800℃的条件下烧结2小时，气 氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗8小时制得。
实施例三：
将88份氮化硅(Si3N4)、3份碳氮化钛(TiCN)、3份氧化钇(Y2O3)、6份氧化铈(CeO2)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在90MPa条件下进行冷等静压处理，保压时间为90S，在4MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1650℃的条件下烧结4小时，气 氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗2小时制得。
实施例四：
将93份氮化硅(Si3N4)、1份碳氮化钛(TiCN)、2份氧化钇(Y2O3)、4份氧化铈(CeO2)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在150MPa条件下进行冷等静压处理，保压时间为30S，在10MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1800℃的条件下烧结2小时，气 氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗8小时制得。
实施例五：
将88份氮化硅(Si3N4)、3份碳氮化钛(TiCN)、2份氧化镧(La2O3)、7份氧化镁 (MgO)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯 体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在90MPa条件下进行冷等静压处理，保压时 间为90S，在2MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1650℃的条件下烧结4 小时，气氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗2小时制得。
实施例六：
将93份氮化硅(Si3N4)、1份碳氮化钛(TiCN)、1份氧化镧(La2O3)、5份氧化镁 (MgO)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯 体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在150MPa条件下进行冷等静压处理，保压 时间为30S，在10MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1800℃的条件下烧 结2小时，气氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗8小时制得。
实施例七：
将88份氮化硅(Si3N4)、3份碳氮化钛(TiCN)、2份氧化镧(La2O3)、7份氧化铈 (CeO2)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯 体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在90MPa条件下进行冷等静压处理，保压时 间为90S，在4MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1650℃的条件下烧结4 小时，气氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗2小时制得。
实施例八：
将93份氮化硅(Si3N4)、1份碳氮化钛(TiCN)、1份氧化镧(La2O3)、5份氧化铈 (CeO2)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯 体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在150MPa条件下进行冷等静压处理，保压 时间为30S，在6MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1800℃的条件下烧结 2小时，气氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗8小时制得。
实施例九：
将88份氮化硅(Si3N4)、3份碳氮化钛(TiCN)、2份氧化镱(Yb2O3)、7份氧化镁 (MgO)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯 体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在90MPa条件下进行冷等静压处理，保压时 间为90S，在1MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1650℃的条件下烧结4 小时，气氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗2小时制得。
实施例十：
将93份氮化硅(Si3N4)、1份碳氮化钛(TiCN)、1份氧化镱(Yb2O3)、5份氧化镁 (MgO)混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到耐磨片成型坯 体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在150MPa条件下进行冷等静压处理，保压 时间为30S，在5MPa高纯氮气(高纯氮的纯度大于等于99.999％)中1800℃的条件下烧结 2小时，气氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗8小时制得。
本发明中的烧结工艺可以是在1-10MPa高纯氮气中进行，也可以是在1-10MPa氩气等 惰性或氢气等还原性气氛中进行。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背 离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从 哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。

Claims (7)

1.一种基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，其特征在于：所述基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片以氮化硅(Si3N4)、碳氮化钛(TiCN)、助烧剂为原料，所述基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片是将氮化硅(Si3N4)、碳氮化钛(TiCN)、助烧剂混合均匀得到氮化硅配方粉，将所述配方粉在钢模中干压成型得到氮化硅耐磨片成型坯体，将所述氮化硅耐磨片成型坯体进行塑封，在90-150MPa条件下进行冷等静压处理，保压时间为30-90S，在1-10MPa惰性或还原气体氛围中1650-1800℃的条件下烧结2-4小时，气氛烧结后的瓷片经冷却，在水中振磨抛洗2-8小时制得。
2.根据权利要求1所述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，其特征在于：所述氮化硅(Si3N4)、碳氮化钛(TiCN)和助烧剂由以下重量份数制成：氮化硅(Si3N4)88-93份；碳氮化钛(TiCN)1-3份；助烧剂6-9份。
3.根据权利要求1或2所述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，其特征在于：所述助烧剂由氧化钇(Y2O3)和氧化镁(MgO)组成,其中氧化钇(Y2O3)1-2份；氧化镁(MgO)5-7份。
4.根据权利要求1或2所述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，其特征在于：所述助烧剂由氧化钇(Y2O3)和氧化铈(CeO2)组成,其中氧化钇(Y2O3)2-3份；氧化铈(CeO2)4-6份。
5.根据权利要求1或2所述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，其特征在于：所述助烧剂由氧化镧(La2O3)和氧化镁(MgO)组成，其中氧化镧(La2O3)1-2份；氧化镁(MgO)5-7份。
6.根据权利要求1或2所述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，其特征在于：所述助烧剂由氧化镧(La2O3)和氧化铈(CeO2)组成，其中氧化镧(La2O3)1-2份；氧化铈(CeO2)5-7份。
7.根据权利要求1或2所述的基于气氛烧结法制备的氮化硅耐磨片，其特征在于：所述助烧剂由氧化镱(Yb2O3)和氧化镁(MgO)组成，其中氧化镱(Yb2O3)1-2份；氧化镁(MgO)5-7份。
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CN113213945A (zh) * 2020-12-31 2021-08-06 兆山科技（北京）有限公司 一种利用气氛烧结制备高熵硼陶瓷的方法

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