CN113816771B - 一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层的结构及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层的结构及制备方法，在多孔氮化硅陶瓷基体表面设置有涂层，该涂层包括：混合料浆内层和外层粉体层；混合料浆内层为软相BN纳米片与硬相陶瓷粉体颗粒混合料浆；外层粉体层为玻璃粉体料浆。陶瓷粉体为α‑Si3N4和SiO2。外层的玻璃粉体是B‑Si‑Al‑O和Y‑Si‑Al‑O玻璃粉体。通过对BN纳米片与陶瓷颗粒表面进行修饰，通过自组装使大量BN纳米片和陶瓷颗粒的均匀混合，再通过反应熔渗技术形成软相BN纳米片与硬相陶瓷颗粒相结合的贝壳珍珠层仿生结构复合陶瓷涂层，所制备的涂层具有防水性能好、力学性能优异、抗热冲击能力强等优异的性能。

Description

一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层的结构及制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷涂层的制备技术领域，涉及一种在多孔氮化硅陶瓷基体表面制备仿生结构陶瓷涂层的方法。
背景技术
多孔氮化硅陶瓷材料是指经高温烧结制得，其内部含有较多相通或闭合气孔的陶瓷材料，因此除了具有高熔点、高硬度、高耐磨和耐腐蚀等普通陶瓷材料的优点外，还具有比重小、热导率小、弹性模量小等优异的机械、物理和化学性能，是一种良好的结构功能一体化材料，可以作为隔热材料、透波材料等。但由于气孔存在，极其容易吸潮，在吸附周围的水汽后，使得多孔陶瓷的电学性能和隔热能力受到严重影响。此外多孔结构导致材料的力学性能降低，从而降低其抗冲蚀性能和耐磨性能，所以在实际应用过程中会受到很大的限制。
针对多孔陶瓷在实际使用时存在的问题，需要在多孔陶瓷表面制备一层致密陶瓷涂层，来隔离环境中的水汽，提高多孔陶瓷的机械性能。目前，现有的涂层制备方法有化学气相沉积法，溶胶-凝胶法，等离子喷涂法及无压烧结法等。化学气相沉积(CVD)法是在基体表面利用空间气相化学反应沉积固态薄膜的制备技术。采用CVD法在多孔氮化物陶瓷表面制备出致密Si3N4涂层后，该涂层具有较高的机械强度、良好的耐雨蚀和耐砂蚀能力。在国内，一些研究人员也采用CVD法在多孔氮化物陶瓷表面制备出Si3N4涂层，所制备的涂层结构均匀且致密，不仅起到较好的防潮作用，而且明显地提高了多孔氮化物陶瓷的力学性能。但是，由CVD制备的Si3N4涂层通常是非晶Si3N4相，涂层的韧性和高温稳定性较差，导致涂层的抗热冲击能力较差。溶胶-凝胶法是一个溶胶-凝胶-固态涂层的转变过程，将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，均匀混合，发生水解或缩聚反应，形成稳定的溶胶体系，通过蒸发溶剂，形成凝胶，将凝胶干燥并热处理后，在基体表面形成所需涂层。采用溶胶-凝胶法制备涂层之后，多孔Si3N4的吸水率明显降低，强度明显提高。虽然采用溶胶-凝胶法能够在多孔陶瓷表面制备出致密的玻璃质涂层，但此种方法致使其抗热冲击能力较弱。等离子喷涂粒子快速沉积过程是一个非平衡态热力学过程，半熔融状态的粒子沉积后会迅速冷却形成陶瓷涂层。但是，此种方法使得涂层内的部分存在较多的非晶相，且涂层内产生较大的残余应力，使涂层表面容易产生微裂纹等缺陷。这将影响涂层的致密性以及涂层的力学性能。此外，一些研究人员采用无压烧结法在多孔氮化硅表面制备出玻璃质涂层。该涂层具有良好的抗冲蚀性、高温强度和高温宽频透波稳定，但是该涂层的抗热冲击能力较弱，在ΔT＝1000℃热冲击5次后，涂层就会产生大量贯穿性裂纹，导致涂层的隔绝水汽效果和力学性能明显降低。因此现有的涂层均无法满足高温极端环境下的使用要求。
BN纳米片由于具有与石墨烯类似的二维平面结构，是一种柔性、超轻、超强、高弹性、高导热材料，常用来改性陶瓷材料的力学性能和热学性能。一些研究人员通过在碳化硅陶瓷中掺入BN纳米片制备出力学性能良好的陶瓷基复合材料，当加入1wt％的BN纳米片时，复合SiC陶瓷材料的抗弯强度达到了507MPa，提高了123％；断裂韧性达到了5.41MPa·m1/2，提高了41.6％。更多研究表明，BN纳米片作为增强相加入到复合陶瓷涂层中，提高复合陶瓷涂层的综合性能是完全可以实现的；而通过无压烧结氮化硅/BN纳米片复合陶瓷时，结果发现氮化硅陶瓷复合材料的孔隙率、强度和杨氏模量随氮化硼含量的增加而增加，并且BN的加入提高了热冲击临界温度差。因此，将BN纳米片引入到陶瓷涂层中，必然会大幅度提高涂层的力学性能和抗热冲击能力，从而满足多孔氮化硅陶瓷在极端环境下稳定使用的要求。但是，由于BN纳米片存在易团聚难分散的问题，所以只能通过少量掺杂的方式来改性陶瓷材料性能，这就限制了涂层材料强度、断裂韧性和热导率的提升幅度。
发明内容
发明目的
本发明针对涂层材料强度不够、断裂韧性不好和热导率差等问题，提供了一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层的结构及制备方法。
技术方案
一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层的结构，在多孔氮化硅陶瓷基体表面设置有涂层，该涂层特征为：该涂层为软相BN纳米片与硬相陶瓷颗粒相结合的贝壳珍珠层仿生结构。
所述陶瓷颗粒为α-Si3N4和SiO2。
一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层的制备方法，步骤如下：
步骤1，基体处理：选取多孔氮化硅陶瓷为基体，使用600～1000目砂纸研磨至基体表面光滑平整，然后将研磨后的多孔氮化硅陶瓷基体放入去离子水中超声清洗15-30min，清洗两次后放入烘箱，在70-80℃下烘干10-12h。
所述多孔氮化硅陶瓷基体的气孔率为30-60％。
步骤2，BN纳米片修饰：将BN纳米片和氢氧化纳水溶液混合，搅拌并超声震荡1h；将混合溶液放入反应釜，在120℃下水热反应12h，将溶液洗涤至一定PH值，真空抽滤，对抽滤出的粉体进行60℃，12h的干燥，得到修饰后的BN纳米片产物。
所述氢氧化钠水溶液的浓度是5mol/L，BN纳米片与氢氧化钠的质量比为1：20，所得溶液的PH值为9。
步骤3，陶瓷粉体修饰：将陶瓷粉体加入到乙醇和去离子水的混合溶液中，进行室温超声处理15-30min，加入硅烷偶联剂，再进行超声震荡15-30min后，搅拌10-12h，搅拌混合均匀后对产物进行洗涤，洗涤至一定PH值，真空抽滤得到最终产物，对最终产物进行60-80℃，12-24h的干燥，得到修饰后的陶瓷粉体产物。
所述乙醇与去离子水混合的体积比是98：2；加入陶瓷粉体的固含量为4％，硅烷偶联剂含量为0.38wt％，所得溶液的PH值为3.8-4.2。
步骤4，料浆制备：将修饰后的BN纳米片和去离子水混合，搅拌1h，得到BN纳米片料浆；同时将修饰后的陶瓷粉体和去离子水混合，搅拌1h，得到陶瓷粉体料浆。然后，将BN纳米片料浆逐滴滴加到陶瓷粉体料浆中，搅拌1-2h，超声震荡30-60min，使两者充分混合，制备出BN纳米片/陶瓷粉体的混合料浆。将玻璃粉体和去离子水混合，搅拌2h，超声震荡30min后，得到玻璃粉体料浆。
所述BN纳米片料浆的固含量是0.09％，陶瓷粉体料浆的固含量是0.99％，在混合料浆中BN纳米片与陶瓷粉体的体积比为3/97～10/90；所述玻璃粉体是B-Si-Al-O和Y-Si-Al-O玻璃粉体，玻璃粉体料浆的固含量为10％。
步骤5，在多孔氮化硅陶瓷表面制备双层粉体层：首先将制备的混合料浆涂刷在预处理后的多孔氮化硅基体上，形成一层内层粉体层；然后再将玻璃粉体料浆涂刷在内层粉体层表面，形成外层粉体层。之后，在60℃温度下干燥30min，得到双层粉体层。
所述混合料浆内层为软相BN纳米片与硬相陶瓷粉体颗粒混合料浆；所述外层玻璃粉体层为玻璃粉体料浆。
步骤6，试样烧结：将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1450-1550℃，保温时间1h，烧结气氛为N2，气氛压力为0.1MPa。
优点及效果
本发明提出一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层的结构及制备方法。该方法通过对BN纳米片与陶瓷颗粒表面进行修饰，通过自组装使大量BN纳米片和陶瓷颗粒的均匀混合，再通过反应熔渗技术形成软相BN纳米片与硬相陶瓷颗粒相结合的贝壳珍珠层仿生结构复合陶瓷涂层，所制备的涂层具有防水性能好、力学性能优异、抗热冲击能力强等优异的性能。
与现有方法相比，本发明具有如下优点：(1)该方法具有工艺简单，成本低，涂覆比较均匀，并且不受基体的尺寸和外形的限制等优点。因此，该工艺非常适合在复杂形状的多孔氮化硅陶瓷表面制备陶瓷涂层。(2)在仿生结构涂层中，高强高韧的BN纳米片会产生裂纹偏转、桥联、微裂纹分支等增韧机制提高涂层的力学性能，同时，利用BN纳米片高导热性，可以提高涂层的热导率。从而提高涂层的抗热冲击能力。(3)该制备方法减少了BN纳米片的团聚现象，能够获得结构均匀的仿生结构陶瓷涂层。
附图说明
图1为BNNSs/α-Si3N4/Y-Si-Al-O基陶瓷涂层的表面形貌；
图2为BNNSs/α-Si3N4/Y-Si-Al-O基陶瓷涂层的截面形貌。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层的结构，在多孔氮化硅陶瓷基体表面设置有涂层，多孔氮化硅陶瓷基体的气孔率为30-60％。该涂层包括：该涂层为软相BN纳米片与硬相陶瓷颗粒相结合的贝壳珍珠层仿生结构。陶瓷颗粒为α-Si3N4和SiO2。
一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层结构的制备方法，其制备方法为：首先，对BN纳米片与陶瓷颗粒表面进行修饰，通过自组装形成BN纳米片和陶瓷颗粒的混合料浆；然后，在多孔氮化硅陶瓷基体表面涂刷BN纳米片和陶瓷颗粒混合料浆，作为内层粉体层，再在内层粉体层的基础上刷涂一层玻璃粉体料浆，作为外层粉体层，通过高温，外层先形成液相，浸渗到内层粉体层中，促进内层粉体的烧结，形成致密涂层；该结构的陶瓷涂层具有良好的防水性能和力学性能，提高了多孔氮化硅基体的硬度、热导率和抗热冲击能力。
实施例1
本实施例是在多孔氮化硅陶瓷基体表面制备BNNSs/α-Si3N4/Y-Si-Al-O仿生结构陶瓷涂层，包括以下步骤：
步骤1，基体处理：选取气孔率是50％的多孔氮化硅为基体，使用600目，800目，1000目砂纸逐次对多孔氮化硅进行细磨，磨至基体表面光滑平整，然后将细磨后的多孔氮化硅陶瓷基体放入去离子水中超声清洗30min，清洗两次后在80℃下烘干10h；
步骤2，BN纳米片修饰：将BN纳米片和氢氧化纳水溶液混合，氢氧化钠水溶液的浓度是5mol/L，BN纳米片与氢氧化钠的质量比为1：20，搅拌并超声震荡1h；将混合溶液放入反应釜，在120℃下水热反应12h，洗涤溶液PH值为9，真空抽滤，对抽滤出的粉体进行60℃，12h的干燥，得到修饰后的BN纳米片产物。
步骤3，陶瓷粉体修饰：将陶瓷粉体加入到乙醇和去离子水体积比为98：2的混合溶液中，陶瓷粉体的固含量为4％，进行室温超声处理30min，加入硅烷偶联剂，含量为0.38wt％，再进行超声震荡15min后，搅拌10h，搅拌混合均匀后对产物进行洗涤，洗涤溶液PH值为4，真空抽滤得到最终产物，对最终产物进行60℃，24h的干燥，得到修饰后的陶瓷粉体产物。
步骤4，料浆制备：将修饰后的BN纳米片和去离子水混合，固含量是0.09％，搅拌1h，得到BN纳米片料浆；同时将修饰后的陶瓷粉体和去离子水混合，固含量是0.99％，搅拌1h，得到陶瓷粉体料浆。然后，将BN纳米片料浆逐滴滴加到陶瓷粉体料浆中，搅拌1h，超声震荡60min，使两者充分混合，在混合料浆中BN纳米片与陶瓷粉体的体积比为5：95，制备出BN纳米片/陶瓷颗粒的混合料浆。将玻璃粉体和去离子水混合，其固含量为10％，搅拌2h，超声震荡30min后，得到玻璃粉体料浆。
步骤5，在多孔氮化硅陶瓷表面制备双层粉体层：首先将制备的混合料浆涂刷在预处理后的多孔氮化硅陶瓷基体上，形成一层内层粉体层；然后再将玻璃粉体料浆涂刷在内层粉体层表面，形成外层粉体层。之后，60℃干燥30min，得到双层粉体层。
步骤6，试样烧结：将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1550℃，保温时间1h，烧结气氛为N2，气氛压力为0.1MPa。1000℃以下升温速率为15℃/min，1000℃以上升温和降温速率均为5℃/min，保温过后随炉降温，直至冷却至室温。
本实施例制备的BNNSs/α-Si3N4/Y-Si-Al-O陶瓷涂层较为致密，介面之间结合牢固，涂层的厚度约为150μm。经测定制备出涂层后，多孔氮化硅陶瓷吸水率下降了89％，断裂韧性明显增大，达到了6.12MPa·m1/2，而且复合涂层在1100℃下热冲击10次后，涂层仍然具良好的防水性能和力学性能，吸水率仅从5.3％上升到7.2％，硬度值6.03GPa，残余硬度比高达88.9％，抗热冲击能力均得到明显提高。
实施例2
本实施例是在多孔氮化硅陶瓷基体表面制备BNNSs/SiO2/B-Si-Al-O仿生结构陶瓷涂层，包括以下步骤：
步骤1，基体处理：选取气孔率是60％的多孔氮化硅为基体，使用600目，800目，1000目砂纸逐次对多孔氮化硅进行细磨，磨至基体表面光滑平整，然后将细磨后的多孔氮化硅陶瓷基体放入去离子水中超声清洗30min，清洗两次后在80℃下烘干12h；
步骤2，BN纳米片修饰：将BN纳米片和氢氧化纳水溶液混合，氢氧化钠水溶液的浓度是5mol/L，BN纳米片与氢氧化钠的质量比为1：20，搅拌并超声震荡1h；将混合溶液放入反应釜，在120℃下水热反应12h，将溶液PH值洗涤为9，真空抽滤，对抽滤出的粉体进行60℃，12h的干燥，得到修饰后的BN纳米片产物。
步骤3，陶瓷粉体修饰：将陶瓷粉体加入到乙醇和去离子水体积比为98：2的混合溶液中，陶瓷粉体的固含量为4％，进行室温超声处理30min，加入硅烷偶联剂，含量为0.38wt％，再进行超声震荡30min后，搅拌10h，搅拌混合均匀后对产物进行洗涤，洗涤溶液PH值至3.8，真空抽滤得到最终产物，对最终产物进行70℃，20h的干燥，得到修饰后的陶瓷粉体产物。
步骤4，料浆制备：将修饰后的BN纳米片和去离子水混合，固含量是0.09％，搅拌1h，得到BN纳米片料浆；同时将修饰后的陶瓷粉体和去离子水混合，固含量是0.99％，搅拌1h，得到陶瓷粉体料浆。然后，将BN纳米片料浆逐滴滴加到陶瓷粉体料浆中，搅拌2h，超声震荡30min，使两者充分混合，在混合料浆中BN纳米片与陶瓷粉体的体积比为10：90，制备出BN纳米片/陶瓷颗粒的混合料浆。将玻璃粉体和去离子水混合，其固含量为10％，搅拌2h，超声震荡30min后，得到玻璃粉体料浆。
步骤5，在多孔氮化硅陶瓷表面制备双层粉体层：首先将制备的混合料浆涂刷在预处理后的多孔氮化硅陶瓷基体上，形成一层内层粉体层；然后再将玻璃粉体料浆涂刷在内层粉体层表面，形成外层粉体层。之后，60℃干燥30min，得到双层粉体层。
步骤6，试样烧结：将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1500℃，保温时间1h，烧结气氛为N2，气氛压力为0.1MPa。1000℃以下升温速率为15℃/min，1000℃以上升温和降温速率均为5℃/min，保温过后随炉降温，直至冷却至室温。
本实施例制备的BNNSs/SiO2/B-Si-Al-O陶瓷涂层较为致密，且介面之间结合较为牢固，涂层的厚度约为130μm。经测定制备出涂层后，多孔氮化硅陶瓷吸水率下降了80％，断裂韧性明显增大，达到了5.98MPa·m1/2，而且复合涂层在1100℃下热冲击10次后，涂层仍然具良好的防水性能和力学性能，吸水率仅从5.3％上升到8.6％，硬度值5.97GPa，抗热冲击能力均得到明显提高。
实施例3
本实施例是在多孔氮化硅陶瓷基体表面制备BNNSs/α-Si3N4/B-Si-Al-O仿生结构陶瓷涂层，包括以下步骤：
步骤1，基体处理：选取气孔率是30％的多孔氮化硅为基体，使用600目，800目，1000目砂纸逐次对多孔氮化硅进行细磨，磨至基体表面光滑平整，然后将细磨后的多孔氮化硅陶瓷基体放入去离子水中超声清洗15min，清洗两次后在70℃下烘干12h；
步骤2，BN纳米片修饰：将BN纳米片和氢氧化纳水溶液混合，氢氧化钠水溶液的浓度是5mol/L，BN纳米片与氢氧化钠的质量比为1：20，搅拌并超声震荡1h；将混合溶液放入反应釜，在120℃下水热反应12h，将溶液PH值洗涤为9，真空抽滤，对抽滤出的粉体进行60℃，12h的干燥，得到修饰后的BN纳米片产物。
步骤3，陶瓷粉体修饰：将陶瓷粉体加入到乙醇和去离子水体积比为98：2的混合溶液中，陶瓷粉体的固含量为4％，进行室温超声处理15min，加入硅烷偶联剂，含量为0.38wt％，再进行超声震荡15min后，搅拌12h，搅拌混合均匀后对产物进行洗涤，洗涤溶液PH值至4.2，真空抽滤得到最终产物，对最终产物进行80℃，12h的干燥，得到修饰后的陶瓷粉体产物。
步骤4，料浆制备：将修饰后的BN纳米片和去离子水混合，固含量是0.09％，搅拌1h，得到BN纳米片料浆；同时将修饰后的陶瓷粉体和去离子水混合，固含量是0.99％，搅拌1h，得到陶瓷粉体料浆。然后，将BN纳米片料浆逐滴滴加到陶瓷粉体料浆中，搅拌1h，超声震荡60min，使两者充分混合，在混合料浆中BN纳米片与陶瓷粉体的体积比为3：97，制备出BN纳米片/陶瓷颗粒的混合料浆。将玻璃粉体和去离子水混合，其固含量为10％，搅拌2h，超声震荡30min后，得到玻璃粉体料浆。
步骤5，在多孔氮化硅陶瓷表面制备双层粉体层：首先将制备的混合料浆涂刷在预处理后的多孔氮化硅陶瓷基体上，形成一层内层粉体层；然后再将玻璃粉体料浆涂刷在内层粉体层表面，形成外层粉体层。之后，60℃干燥30min，得到双层粉体层。
步骤6，试样烧结：将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1450℃，保温时间1h，烧结气氛为N2，气氛压力为0.1MPa。1000℃以下升温速率为15℃/min，1000℃以上升温和降温速率均为5℃/min，保温过后随炉降温，直至冷却至室温。
本实施例制备的BNNSs/α-Si3N4/B-Si-Al-O陶瓷涂层较为致密，涂层的厚度约为100μm。经测定制备出涂层后，多孔氮化硅陶瓷吸水率下降了85％，断裂韧性明显增大，达到了6.02MPa·m1/2，而且复合涂层在1100℃下热冲击10次后，涂层仍然具良好的防水性能和力学性能，吸水率仅从5.3％上升到7.8％，硬度值5.98GPa，残余硬度比高达88.8％，抗热冲击能力均得到明显提高。
实施例4
本实施例是在多孔氮化硅陶瓷基体表面制备BNNSs/SiO2/Y-Si-Al-O仿生结构陶瓷涂层，包括以下步骤：
步骤1，基体处理：选取气孔率是30％的多孔氮化硅为基体，使用600目，800目，1000目砂纸逐次对多孔氮化硅进行细磨，磨至基体表面光滑平整，然后将细磨后的多孔氮化硅陶瓷基体放入去离子水中超声清洗15min，清洗两次后在70℃下烘干12h；
步骤2，BN纳米片修饰：将BN纳米片和氢氧化纳水溶液混合，氢氧化钠水溶液的浓度是5mol/L，BN纳米片与氢氧化钠的质量比为1：20，搅拌并超声震荡1h；将混合溶液放入反应釜，在120℃下水热反应12h，洗涤溶液PH值为9，真空抽滤，对抽滤出的粉体进行60℃，12h的干燥，得到修饰后的BN纳米片产物。
步骤3，陶瓷粉体修饰：将陶瓷粉体加入到乙醇和去离子水体积比为98：2的混合溶液中，陶瓷粉体的固含量为4％，进行室温超声处理15min，加入硅烷偶联剂，含量为0.38wt％，再进行超声震荡30min后，搅拌12h，搅拌混合均匀后对产物进行洗涤，洗涤溶液PH值至4.2，真空抽滤得到最终产物，对最终产物进行80℃，12h的干燥，得到修饰后的陶瓷粉体产物。
步骤4，料浆制备：将修饰后的BN纳米片和去离子水混合，固含量是0.09％，搅拌1h，得到BN纳米片料浆；同时将修饰后的陶瓷粉体和去离子水混合，固含量是0.99％，搅拌1h，得到陶瓷粉体料浆。然后，将BN纳米片料浆逐滴滴加到陶瓷粉体料浆中，搅拌2h，超声震荡60min，使两者充分混合，在混合料浆中BN纳米片与陶瓷粉体的体积比为3：97，制备出BN纳米片/陶瓷颗粒的混合料浆。将玻璃粉体和去离子水混合，其固含量为10％，搅拌2h，超声震荡30min后，得到玻璃粉体料浆。
步骤5，在多孔氮化硅陶瓷表面制备双层粉体层：首先将制备的混合料浆涂刷在预处理后的多孔氮化硅陶瓷基体上，形成一层内层粉体层；然后再将玻璃粉体料浆涂刷在内层粉体层表面，形成外层粉体层。之后，60℃干燥30min，得到双层粉体层。
步骤6，试样烧结：将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1500℃，保温时间1h，烧结气氛为N2，气氛压力为0.1MPa。1000℃以下升温速率为15℃/min，1000℃以上升温和降温速率均为5℃/min，保温过后随炉降温，直至冷却至室温。
本实施例制备的BNNSs/SiO2/Y-Si-Al-O陶瓷涂层较为致密，且介面之间结合较为牢固，涂层的厚度约为120μm。经测定制备出涂层后，多孔氮化硅陶瓷吸水率下降了83％，断裂韧性明显增大，达到了6.01MPa·m1/2，而且复合涂层在1100℃下热冲击10次后，涂层仍然具良好的防水性能和力学性能，吸水率仅从5.3％上升到7.9％，硬度值5.98GPa，抗热冲击能力均得到明显提高。

Claims (8)

1.一种多孔氮化硅陶瓷表面涂层，在多孔氮化硅陶瓷基体表面设置有涂层，其特征在于：在多孔氮化硅陶瓷表面制备双层粉体层：首先将经修饰的BN纳米片与陶瓷粉体制备的混合料浆涂刷在预处理后的多孔氮化硅陶瓷基体上，形成一层内层粉体层；然后再将玻璃粉体和去离子水制备的料浆涂刷在内层粉体层表面，形成外层粉体层；该涂层为软相BN纳米片与硬相陶瓷颗粒相结合的贝壳珍珠层仿生结构；
所述的修饰包括BN纳米片修饰和陶瓷粉体修饰；BN纳米片修饰：将BN纳米片和氢氧化钠水溶液混合，搅拌并超声震荡1h；将混合溶液放入反应釜，在120℃下水热反应12h，将溶液洗涤至pH值为9，真空抽滤，对抽滤出的粉体进行60℃，12h的干燥，得到修饰后的BN纳米片产物；
陶瓷粉体修饰：将陶瓷粉体加入到乙醇和去离子水的混合溶液中，进行室温超声处理15-30min，加入硅烷偶联剂，再进行超声震荡15-30min后，搅拌10-12h，搅拌混合均匀后对产物进行洗涤，洗涤pH值为3.8-4.2；真空抽滤得到最终产物，对最终产物进行60-80℃，12-24h的干燥，得到修饰后的陶瓷粉体产物；
所述陶瓷颗粒为α-Si3N4和SiO2；
形成外层粉体层后干燥，将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1450-1550℃，保温时间1h，烧结气氛为N2，气氛压力为0.1MPa；
在混合料浆中BN纳米片与陶瓷粉体的体积比为3/97~10/90。
2.一种如权利要求1所述的多孔氮化硅陶瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：步骤如下：
步骤1，基体处理：选取多孔氮化硅陶瓷为基体，使用600~1000目砂纸研磨至基体表面光滑平整，然后将研磨后的多孔氮化硅陶瓷基体放入去离子水中超声清洗15-30min，清洗两次后放入烘箱，在70-80℃下烘干10-12h；
步骤2，BN纳米片修饰：将BN纳米片和氢氧化钠水溶液混合，搅拌并超声震荡1h；将混合溶液放入反应釜，在120℃下水热反应12h，将溶液洗涤至一定pH值，真空抽滤，对抽滤出的粉体进行60℃，12h的干燥，得到修饰后的BN纳 米片产物；
步骤3，陶瓷粉体修饰：将陶瓷粉体加入到乙醇和去离子水的混合溶液中，进行室温超声处理15-30min，加入硅烷偶联剂，再进行超声震荡15-30min后，搅拌10-12h，搅拌混合均匀后对产物进行洗涤，洗涤至一定pH值，真空抽滤得到最终产物，对最终产物进行60-80℃，12-24h的干燥，得到修饰后的陶瓷粉体产物；
步骤4，料浆制备：将修饰后的BN纳米片和去离子水混合，搅拌1h，得到BN纳米片料浆；同时将修饰后的陶瓷粉体和去离子水混合，搅拌1h，得到陶瓷粉体料浆；然后，将BN纳米片料浆逐滴滴加到陶瓷粉体料浆中，搅拌1-2h，超声震荡30-60min，使两者充分混合，制备出BN纳米片/陶瓷粉体的混合料浆；将玻璃粉体和去离子水混合，搅拌2h，超声震荡30min后，得到玻璃粉体料浆；
步骤5，在多孔氮化硅陶瓷表面制备双层粉体层：首先将制备的混合料浆涂刷在预处理后的多孔氮化硅基体上，形成一层内层粉体层；然后再将玻璃粉体料浆涂刷在内层粉体层表面，形成外层玻璃粉体层；之后，在60℃温度下干燥30min，得到双层粉体层；
步骤6，试样烧结：将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1450-1550℃，保温时间1h，烧结气氛为N2，气氛压力为0.1MPa。
3.根据权利要求2所述的多孔氮化硅陶瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：步骤1所述多孔氮化硅陶瓷基体的气孔率为30-60%。
4.根据权利要求2所述的多孔氮化硅陶瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：步骤2所述氢氧化钠水溶液的浓度是5mol/L，BN纳米片与氢氧化钠的质量比为1：20。
5.根据权利要求2所述的多孔氮化硅陶瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：步骤3所述乙醇与去离子水混合的体积比是98：2；加入陶瓷粉体的固含量为4%，硅烷偶联剂含量为0.38wt%。
6.根据权利要求2所述的多孔氮化硅陶瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：步骤4所述BN纳米片料浆的固含量是0.09%，陶瓷粉体料浆的固含量是0.99%，玻璃粉体料浆的固含量为10%。
7.根据权利要求2所述的多孔氮化硅陶瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：步骤4所述玻璃粉体是B-Si-Al-O和Y-Si-Al-O玻璃粉体。
8.根据权利要求2所述的多孔氮化硅陶瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：步骤5所述混合料浆为软相BN纳米片与硬相陶瓷粉体颗粒混合料浆；外层玻璃粉体层为玻璃粉体料浆。
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