CN1246254C - 含镱的SiAlON及其制备方法 - Google Patents

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CN1246254C CNB018196985A CN01819698A CN1246254C CN 1246254 C CN1246254 C CN 1246254C CN B018196985 A CNB018196985 A CN B018196985A CN 01819698 A CN01819698 A CN 01819698A CN 1246254 C CN1246254 C CN 1246254C
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Abstract

一种包括由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物的SiAlON材料。α’-SiAlON相中含有镱。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量为约25-85%(重量)。该SiAlON材料还包含一种晶界相。

Description

含镱的SiAlON及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含有硅铝的氮氧化物(SiAlON)和镱的陶瓷材料，以及该材料的制备方法。
背景技术
SiAlON材料的一些用途例如包括：各种金属切削用途的刀头和各种磨损用途的磨损部件(例如，泵体的柱塞杆、柱塞球坯、下孔泵止回阀坯、衬套、喷嘴以及其它磨损和冲击用途)。对SiAlON材料加以公开的示例性专利有美国专利4,563,433和美国专利4,711,644。一篇讨论SiAlON材料的文章是Izhevskiy等的“Progress in SiAlON ceramics”(参见Journal of the European Ceramic Society，20(2000)，pp.2275-2295)。
SiAlON材料可以含有α主相(或α’相)和β主相(或β’相)，以及一种或多种其它相，例如玻璃相和/或结晶相。α’-SiAlON相的化学式可以是MxSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n，其中，M是Li，Ca，Y或其它镧系元素，x的最大理论值为2，n值的范围是：大于0但小于或等于2.0，m值的范围是：大于或等于0.9但小于或等于3.5。β’-SiAlON相的化学式可以是Si6-zAlzOzN8-z，其中，0＜z≤4.2。当M为钇时，结晶相可以包括：YAG(钇铝石榴石，这是一种式为Y3Al5O12的立方相)；YAM(这是一种式为Y4Al2O9的单斜晶相)；N-YAM(这是一种式为Y4Si2O7N2的单斜晶相)；以及Y-N-α-硅灰石(这是一种式为YSiO2N的单斜晶相)。
SiAlON材料可以含有α’-SiAlON相和β’-SiAlON相，并且还含有分布在整个SiAlON基体中的氮化硅粒子。在Mehrotra等的美国专利4,826,791中对这种SiAlON材料进行了公开。
其它的陶瓷材料包括α’-SiAlON相、β’-SiAlON相和一种晶界相，其中，该陶瓷任选含有难熔相。该陶瓷材料具有氧和铝含量较高的合金化表面。Mehrotra等的美国专利4,880,755对这种陶瓷材料进行了公开。
Mehrotra等的美国专利5,370,716公开了一种包含β’-SiAlON相的高z-SiAlON材料。该β’-SiAlON相的化学式为Si6-zAlzOzN8-z，其中，1＜z＜3。
Chen等的美国专利5,908,798公开了一种SiAlON材料，其目标是使用拉长的α’-SiAlON晶粒强化α’-SiAlON相材料。含有镱的实施例制备出一种材料，其仅仅存在α’-SiAlON相，而不含任何β’-SiAlON相。
Tien等的美国专利6,124,225的目标是在SiAlON材料中使用钆(Gd)，以制备采用拉长的α’-SiAlON晶粒强化的α’-SiAlON相材料。
虽然目前SiAlON刀头具有可接受的性能(例如，硬度，韧性，抗热冲击性)，但是，理想的是提供一种改善的SiAlON材料，其作为刀头应用时，能够表现出改善的金属切削性能，包括硬度、杨氏模量、韧性、导热性和抗热冲击性。对于SiAlON磨损部件也如此。虽然目前SiAlON磨损部件具有可接受的性能(例如，硬度、杨氏模量、韧性、导热性和抗热冲击性)，但是，理想的是提供一种改善的SiAlON材料，其作为磨损部件应用时，能够表现出改善的性能。
发明简述
在本发明的一种形式中，本发明是一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体。初始氮化硅粉末中低于或等于约5％(重量)的部分包含β-氮化硅。该陶瓷体包含一种由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物。α’-SiAlON相中含有镱。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量为约25-85％(重量)。
在本发明的另一种形式中，本发明是一种包含由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物的陶瓷组合物。α’-SiAlON相中含有镱。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量为约45-85％(重量)。所述组合物还包括一种晶界相。
在本发明的又一种形式中，本发明是一种基本上由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的陶瓷组合物。α’-SiAlON相中含有镱。α’-SiAlON相的含量约占α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的45-85％(重量)。β’-SiAlON相的含量约占α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的15-55％(重量)。所述组合物还包括一种晶界相，其中，晶界相包括一种或多种玻璃相和晶界结晶相。
在本发明的又一种形式中，本发明是一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体。初始氮化硅粉末中低于或等于约2％(重量)的部分包含β-氮化硅。该陶瓷烧结体包含一种由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物。α’-SiAlON相中含有镱。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量大于约25％(重量)。所述复合物还包括一种晶界相。
在本发明的又一种形式中，本发明是一种包含由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物的陶瓷组合物。α’-SiAlON相中含有一种或多种选自于镱、铒、铥、钪和镥的元素。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量为约45-85％(重量)。所述组合物还包括一种晶界相。
在本发明的又一种形式中，本发明是一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体，其中，初始氮化硅粉末中低于或等于约2％(重量)的部分包含β-氮化硅。。该陶瓷烧结体包含一种由含镱的α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物。该陶瓷体的组成处于图5中的x-x线的上方。
在本发明的又一种形式中，本发明是一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体，其中，初始氮化硅粉末中低于或等于约5％(重量)的部分包含β-氮化硅。该陶瓷烧结体包含一种由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物。α’-SiAlON相中含有一种或多种稀土元素，并且，其中，当化合价为+3，配位数为6时，所述每种稀土元素的有效离子半径小于0.900埃。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量大于或等于25％(重量)。
附图简述
下面是对伴随并构成本专利申请的一部分的附图的简要介绍。
图1是刀头的第一个具体实施方案的立体图，其中，刀头上没有涂层；
图2是刀头的第二个具体实施方案的立体图，其中，刀头上有涂层，而且，部分涂层被去掉，以使基体暴露出来；
图3是含镱的SiAlON材料(此后称为实施例C)显微组织的光学显微照片，其中，光学显微照片的标度代表的视场范围是35mm2；
图4是含镱的SiAlON材料(此后称为实施例2)显微组织的光学显微照片，该材料中含有等轴状的α’-SiAlON相晶粒和拉长状的β’-SiAlON相晶粒，其中，光学显微照片的标度代表的视场范围是35mm2；以及
图5示出了其中指定的各精选实施例(即：实施例5-25和27-29)在SiAlON的三维特性图基面的氮化硅角上的投影，所述特性中，所述基面的四个角包含氮化铝、氧化铝、氧化硅和氮化硅，该六角特性图余下的两个角包含一个与基面的氮化硅和氮化铝角相对并且位于它们上方的氮化镱的角，以及另一个与基面的氧化铝和氧化硅角相对并且位于它们上方的氧化镱角。
发明详述
本发明涉及一种陶瓷材料，更具体地，涉及一种含有镱的硅铝的氮氧化物(SiAlON)材料。申请人设想该SiAlON材料可以包含一种或多种选自于铒、铥、钪和/或镥的元素，其中还存在镱或者无该元素。
SiAlON材料作为刀头已在各种金属切削场合得到应用。SiAlON材料也已被用作各种磨损场合的磨损部件和各种冲击场合的冲击部件。本发明的SiAlON材料能够用作刀头、磨损部件、冲击部件以及要求硬致密陶瓷材料性能的任何其它部件。
本发明中，SiAlON材料含有式为YbxSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n的α’相。申请人尚未确定本发明材料中的x，m和n的数值。然而，申请人期望x的最大理论值为2.0。申请人也期望：n值的范围是：大于0但小于或等于2.0，m值的范围是：大于或等于0.9但小于或等于3.5。
α’-SiAlON相一般包含等轴晶粒。SiAlON材料也含有式为Si6-zAlzOzN8-z的β’相。z值的优选范围是：大于0.3但小于1.5，其中，应用场合不同，“z”值的优选范围不同。例如，本发明用作加工铸铁的刀具时，z值的优选范围是：大于0.3但小于0.6。作为另一个示例，本发明用作高温合金(如Inconel 718)的刀具时，z值的优选范围是：大于0.7但小于1.5。β’-SiAlON相一般包含拉长的晶粒。
在α’-SiAlON相的一个含量范围内，尤其是所述陶瓷由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成，其中，初始氮化硅粉末中的小于或等于约2％(重量)部分包含β氮化硅，初始氮化硅粉末中的大于或等于约98％(重量)的部分包含α氮化硅时，α’相的含量约占SiAlON材料中α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的25-85％(重量)。在另一个范围内，α’-SiAlON相的含量约占SiAlON材料中α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的45-85％(重量)。在又一个范围内，α’-SiAlON相的含量约占SiAlON材料中α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的60-80％(重量)。α’-SiAlON相的含量典型地采用X射线衍射技术测定。
在一个含量范围内，尤其是所述陶瓷由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成，其中，初始氮化硅粉末中的小于或等于约5％(重量)部分包含β-氮化硅，初始氮化硅粉末中的大于或等于约95％(重量)的部分包含α-氮化硅时，β’-SiAlON相的含量约占SiAlON材料中α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的15-75％(重量)。在另一个范围内，β’-SiAlON相的含量约占SiAlON材料中α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的15-55％(重量)。在又一个范围内，α’-SiAlON相的含量约占SiAlON材料中α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的20-40％(重量)。β’-SiAlON相的含量典型地采用X射线衍射技术测定。
该SiAlON材料也含有包括晶界相的一种或多种附加相。该晶界相可以包含一种玻璃相，而且，有时也可以存在一种晶界结晶相。目前，申请人未确定SiAlON材料中典型存在的附加相的具体含量。然而，申请人估计存在典型地包括玻璃相以及可能的晶界结晶相的晶界相。玻璃相典型地是非晶相。
可能存在的晶界相是：YbAG(镱铝石榴石，这是一种式为Yb3Al5O12的立方相)；YbAM(这是一种式为Yb4Al2O9的单斜晶相)；N-YbAM(这是一种式为Yb4Si2O7N2的单斜晶相)。该SiAlON材料中不存在包括式为Yb2SiAlO5N的B相或者硅灰石相的任何晶界结晶相。
参照附图，图1示出的是一种RNG-T型刀头，其一般标记为20。刀头20具有一般呈柱状的侧面22和一对相对的前倾面24，每个前倾面一般为圆形。侧面22与前倾面24相交，确定出圆形刀刃26。刀刃26有一个斜面。刀头20包含本发明的SiAlON材料。
图2示出了刀头的第二个具体实施例，其一般标记为30。刀头30具有基体32和涂层34。刀头30具有一般呈柱状的侧面36和一对相对的一般为圆形的前倾面38。侧面36与前倾面38相交确定出圆形刀刃40。每个刀刃40均有一个斜面。基体32包含本发明的SiAlON材料。涂辰可以包含采用包括化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)的已知技术涂覆的一层或多层的涂层组合。涂层材料可以包括CVD涂覆的氧化铝，其涂覆深度为1-10微米，更优选3-5微米。涂层材料也可以包括PVD涂覆的钛铝的氮化物。涂层材料还可以包括多层涂覆组合，其中，优选与基体相邻的涂层包含氧化铝。
在下面的实施例中，对含钇的SiAlON材料的物理性能与含镱的SiAlON材料的物理性能进行了比较。表1给出了批次号为982和1030的含镱材料以及批次号为941A的含钇材料的初始粉末组成(以重量百分数表示)。对这些组成(即：批次号982，1030和941A)进行配制、使批次号982和1030中镱的摩尔含量与批次号941A中钇的摩尔含量相同。批次号982，1030和941A中每一种的初始粉末混合物均含有氮化硅粉末，其中，初始氮化硅粉末中约1.6％(重量)的部分包含β氮化硅粉末、初始氮化硅粉末中约98.4％(重量)的部分包含α氮化硅粉末。
表1批次号982，1030和941A的初始粉末组成(以重量百分数表示)
  批次号   氮化硅[Starck M11]   氮化硅[Ube-SNE-03]   氮化铝[Starck Grade A]   氧化铝[Ceralox HPA-0.5] 氧化镱[Molycorp]   氧化钇
  982   20.57   61.70   5.97   3.56 8.20   -
  1030   21.07   63.22   6.00   1.50 8.20   -
  941A   21.35   64.05   6.20   3.70 -   4.70
下面简述初始粉末。一种氮化硅粉末是用M11标示的New York的Herman C.Starck公司(NewYork，USA)的产品。另一种氮化硅粉末是用SNE-03标示的日本Tokyo的Ube Industries Ltd.的产品。氮化铝是用Grade A标示的Herman C.Starck公司的产品。氧化铝是用HPA-0.5标示的Ceralox Corporation(Tucson，Arizona，USA)的产品[其含有有意添加的0.5％(重量)的氧化镁]。氧化镱由Molycorp.出品。氧化钇是Herman C.Starck公司出品的精细级氧化钇。
对表1所示上述每种批次号的初始组成用异丙醇并且使用α’-SiAlON-β’-SiAlON介质研磨约8-16小时，形成一种浆液。在研磨完成之后，让浆液通过400目的筛网，并且，然后进行真空干燥，形成干燥粉末。然后，使用流化床方法对干燥粉末进行fitzmilled和团球化处理。在流化期间，作为粘结剂添加Rosin和Carbowax400。然后，将团球化的材料(干燥粉末和粘结剂材料)干压制成生坯，其密度为约2-2.15g/cm3。然后，采用最高温度约875℃的空气烧掉循环将粘结剂去除。
然后，将这些坯体放入尺寸为4英寸×8英寸×1.25英寸的BN(氮化硼)烧箱中。每箱中有三层坯体，每层坯体有55个RNG43和CNGA433型刀头的坯体。将BN烧箱堆放两层高并且放在连续烧结炉的输送带上。烧结炉具有四个独立的可控加热区，其中每个加热区长12英寸。加热速率为约150℃/分钟。烧结炉采用Miller，Jr的题目为“HIGHTEMPERATURE BELT FURNACE APPARATUS AND METHOD OFUSING THE SAME”的美国专利5,648,042中描述的烧结炉方式，只是这些实施例中使用的烧结炉有四个加热区。
在Wittmer等的文章“Economic Comparison of Continuous andBatch Sintering of Silicon Nitride”( American Ceramic Society Bulletin，1993年，第72卷，第6期，129-137页)，Wittmer等的文章“Comparisonof Continuous Sintering to Batch Sintering of Si3N4”( Ceramic Bulletin，1991年，第70卷，第9期，1519-1527页)，以及Wittmer等的文章“Continuous Sintering of Si3N4 in a Controlled Atmosphere BeltFurnace”中均介绍了使用带式炉烧结坯体。题目为“CERAMIC ANDPROCESS FOR THE CONTINUOUS SINTERING THEREOF”的已出版PCT专利申请PCT/US99/14231(其国际提交日期为1999年6月23日)对在带式炉中连续烧结陶瓷进行了公开，其中，烧结产物包括α’-SiAlON相和β’-SiAlON相。
如表2所示，采用两种不同方法对批次号982，1030和941A中的每一种进行连续烧结。为此，下面的表2给出了实施例1-4(含有镱)和实施例A和B(不含镱)的烧结参数。对于每个加热区，表2给出了在连续烧结处理期间坯体所处的温度(℃)。坯体在每个加热区的停留时间为约30分钟。
表2实施例1-4以及A与B的烧结参数
  实施例/批次号   加热区1   加热区2   加热区3   加热区4
  1/982[本发明]   1770   1770   1770   1770
  2/1030[本发明]   1765   1765   1765   1765
  3/1030[本发明]   1550   1700   1765   1765
  4/982[本发明]   1550   1700   1765   1765
  A/941A[对照例]   1770   1770   1770   1770
  B/941A[对照例]   1550   1700   1765   1765
下面的表3示出了每个实施例存在的相及其物理性能。采用18.5kg的载荷测量维氏硬度(Hvn)，硬度单位是Gpa。依据Evans和Charles的论文“Fracture Toughness Determination by Indentation”J.AmericanCeramic Society，第59卷，第7-8期，371-372页)，使用Palmqvist压痕技术，在18.5kg载荷下，利用维氏压头在抛光表面上测量断裂韧性(KIC)。由表3可以看出，α’-SiAlON相与β’-SiAlON相的重量百分数基于α’-SiAlON相与β’-SiAlON相之和。
表3实施例1-4，A和B存在的相及物理性能
实施例  α’-SiAlON相[％(重量)]   β’-SiAlON相[％(重量)] 玻璃相   存在的结晶相[B相][相对强度] Hvn(Gpa) KIC(Mpam1/2)
  1  47.0   53   18.80   7.14
  2  54.2   45.8   19.78   7.23
  3  57.2   42.8   19.99   7.03
  4  49.7   50.3   19.24   6.72
  A  42.3   57.7   6.3   18.88   5.23
  B  45.0   55   1.9   18.15   6.06
上表3中的数据表明：含镱的SiAlON材料(实施例1-4)比含氧化钇的SiAlON材料(实施例A和B)具有更高的硬度和更高的韧性。含镱的SiAlON材料中不存在B相或者任何硅灰石结晶相，这很可能有助于韧性的提高。也似乎在于：与钇相比，镱具有更小的离子半径，这可能会提高烧结期间B相和/或硅灰石的形成阻力。如表3所示，每个含氧化钇的实施例(实施例A和B)均含有B相(Yb2SiAlO5N)。
图3是实施例C(批次号941A，其在1765℃下连续烧结120分钟)的组织结构的光学显微照片，而图4是实施例2(批次号982，其在1765℃下连续烧结120分钟)的组织结构的光学显微照片。图4中，深色的棱柱状晶粒是β’-SiAlON相，而浅灰色的晶粒是α’-SiAlON相。最亮区域是一种氧化镱-氧化铝-氧化硅玻璃相。
由实施例1-4，本申请人发现：本发明制备出一种具有α’-SiAlON相和β’-SiAlON相的陶瓷，其中，所述陶瓷具有高的断裂韧性(例如，KIC大于或等于6.0MPam1/2，更优选KIC大于或等于6.5MPam1/2)，同时，α’-SiAlON相的含量约占α’-SiAlON相与β’-SiAlON相之和的45％(重量)或更多。
申请人也发现：初始氮化硅粉末中β-氮化硅的量对烧结态显微组织中存在的α’-SiAlON相的量有影响。更具体地，当初始氮化硅粉末中β-氮化硅的量增加时，烧结态显微组织中存在的α’-SiAlON相的量减少。申请人还确信：当初始氮化硅粉末中β-氮化硅含量低于或等于初始氮化硅粉末的约5％(重量)，更优选低于或等于约2％(重量)时，能够获得更高的韧性。至于实施例1-4中的每个实施例，初始氮化硅粉末混合物中β-氮化硅的含量为约1.6％(重量)，而初始氮化硅粉末混合物中α-氮化硅的含量为约98.4％(重量)。
初始氮化硅粉末中β-氮化硅的量可以采用两种方式之一加以控制。一种方式是对预定量的两种或多种氮化硅粉末进行混合，其中，每种粉末中的α和β含量已知，从而能够获得具有已知β含量的氮化硅粉末。另一种方式是称取100％的α-氮化硅粉末，并且，再向其中添加选定量的100％β-氮化硅粉末，从而能够获得具有已知β含量的氮化硅粉末。后面这种方法有利于控制β-氮化硅组元的粒子尺寸。
虽然本申请人未打算用任何特殊理论进行限制，但是，本申请人相信：β-氮化硅粒子是β’-SiAlON晶粒形核和长大的籽晶。当β-氮化硅粒子的数目增加时，β’-SiAlON晶粒更快地相互接触，从而限制高纵横比的β’-SiAlON晶粒形成。此外，当β-氮化硅粒子的数目增加时，α’-SiAlON晶粒的含量减少。在初始粉末混合物中使用较少的β-氮化硅粒子导致β’-SiAlON晶粒的形核位置数目有限，结果，在烧结期间生长进入α’-SiAlON基体。这就导致获得较高纵横比的β’-SiAlON晶粒，从而引起α’-SiAlON基体的韧化。
制备出实施例5-13，以便研究初始粉末中β-氮化硅含量对SiAlON材料性能的影响。下面的表4给出了初始粉末混合物的组成(％(重量))。
表4实施例5-13的初始粉末混合物组成
  实施例/批次号   氮化硅(wt％)   *β-氮化硅(wt％)   氮化铝(wt％)   氧化铝(wt％)   氧化镱(wt％)
  5/1166D   84.3   0   6.00   1.50   8.20
  6/1030   84.3   1.6   6.00   1.50   8.20
  7/1145C   84.3   8   6.00   1.50   8.20
  8/1374D   82.27   0   5.97   3.56   8.20
  9/982   82.27   1.6   5.97   3.56   8.20
  10/1145B   82.27   2   5.97   3.56   8.20
  11/1145A   82.27   8   5.97   3.56   8.20
  12/1196B   84.3   1.6   6.00   1.50   8.20
  13/1166C   84.3   0   6.00   1.50   8.20
*包含β-氮化硅的初始氮化硅的重量百分比，余者是包含α-氮化硅的氮化硅粉末和杂质。
采用与处理批次号982的初始粉末类似的方式处理上述粉末。研磨后的粉末混合物的性能于下表5中示出。
表5实施例5-13研磨后的粉末混合物的性能
  实施例/批次号5/1166D   BET[m2/g]   氧(wt％)   大于10％的粒子尺寸分布   大于50％的粒子尺寸分布   大于90％的粒子尺寸分布
  5/1166D   4.92   2.76   0.32   0.75   1.48
  6/1030   6.67   2.93   0.3   0.76   1.58
  7/1145   13.4   3.25   0.21   0.52   1.31
  8/1374D   4.71   3.87   0.38   0.91   1.69
  9/982   6.9   3.96   0.28   0.72   1.52
  10/1145B   11   4.07   0.23   0.58   1.51
  11/1145A   13.4   4.26   0.23   0.55   1.28
  12/1196B   7.16   3.1   0.3   0.77   1.67
  13/1166C   4.92   2.76   0.32   0.75   1.48
下面的表6列出了烧结炉中四个加热区的每个温度(℃)。坯体在每个加热区的停留时间约为30分钟。表6也给出了烧结态材料中α’-SiAlON相在α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总量中的重量百分比，其中，β’-SiAlON相包含余下的结晶相。所给出的硬度是维氏硬度(Hvn)，断裂韧性(KIC)的单位是MPam1/2。
表6实施例5-13的热处理参数、α’-SiAlON相含量、硬度和断裂韧性
  实施例/批次号/wt.％β-氮化硅  加热区1(℃)  加热区2(℃)  加热区3(℃)  加热区4(℃)   wt％α′-SiAlON*   Hvn(GPa)   KIC(MPa m)
  5/1166D/0％   1550  1700  1765  1765   83.9   20.31   6.40
  6/1030/1.6％   1550  1700  1765  1765   57.2   19.08   7.28
  7/1145C/8％   1550  1700  1765  1765   NA[未分析]   18.25   5.54
  8/1374D/0％   1550  1700  1765  1765   65.5   18.63   6.84
  9/982/1.6％   1550  1700  1765  1765   49.7   19.24   6.96
  10/1145B/2％   1550  1700  1765  1765   45   18.69   6.65
  11/1145A/8％   1550  1700  1765  1765   37.7   18.11   6.00
  12/1196B/1.6％   1550  1700  1800  1800   61.6   18.28   8.19
  13/1166C/0％   1550  1700  1800  1800   78   19.31   7.59
*余下的结晶相包含β’-SiAlON相。
表6结果表明：当初始氮化硅粉末混合物中β-氮化硅的含量为1.6％(重量)时，实施例5-7，12和13的断裂韧性(KIC)均最高。在这一点上，实施例6的断裂韧性(KIC)等于7.28Mpam1/2。对于实施例9-11同样如此，初始氮化硅粉末混合物中β-氮化硅的含量等于1.6％(重量)的实施例(即：实施例9)的断裂韧性最高。
表4-6结果表明：尽管初始粉末的总组成(即：氮化硅[α-氮化硅和β-氮化硅]，氮化铝，氧化铝和氧化镱的含量)保持相同，但是通过控制初始氮化硅粉末混合物中β-氮化硅的含量，能够控制烧结态SiAlON陶瓷材料中α’-SiAlON相的含量。
更具体地，实施例5和6的初始粉末的总组成相同，即它们均含有84.3％(重量)的氮化硅(α-氮化硅和β-氮化硅)，6.00％(重量)的氮化铝，1.50％(重量)的氧化铝和8.20％(重量)的氧化镱。实施例5和6的处理方法相同。
实施例5和6的不同之处在于包含β-氮化硅的初始氮化硅粉末的重量百分比。在这一方面，实施例5和6分别含有0％(重量)和1.6％(重量)的β-氮化硅，余者是包含α-氮化硅的初始氮化硅粉末。
表6表明：实施例5和6的烧结态陶瓷材料中的结晶相分别含有83.9％(重量)的α’-SiAlON相和57.2％(重量)的α’-SiAlON相，余者包含β’-SiAlON相。实施例5和6表明：尽管总组成和处理方法相同，但是，通过控制初始氮化硅粉末混合物中β-氮化硅的含量，能够控制烧结态陶瓷材料中α’-SiAlON相的含量。
对于实施例8，9，10和11，也存在同样的关系，其中，这些实施例中的每一个的总组成相同：82.27％(重量)的氮化硅(α-氮化硅和β-氮化硅)，5.97％(重量)的氮化铝，3.56％(重量)的氧化铝和8.2％(重量)的氧化镱。但是，实施例8，9，10和11中的初始氮化硅粉末含有的β-氮化硅分别为0％(重量)，1.6％(重量)，2％(重量)和8％(重量)。
表6表明：实施例8，9，10和11的结晶相中分别含有65.5％(重量)、49.7％(重量)、45％(重量)和37.7％(重量)的α’-SiAlON相，余者包含β’-SiAlON相。与上述实施例5和6类似，这些实施例也表明：尽管总的初始粉末组成和处理方法相同，但是，通过控制初始氮化硅粉末混合物中β-氮化硅的含量，能够控制烧结态陶瓷材料中α’-SiAlON相的含量。
对于实施例12和13，也存在同样的关系，其中，这些实施例中的每一个均具有相同的总组成：84.3％(重量)的氮化硅(α-氮化硅和β-氮化硅)，6.00％(重量)的氮化铝，1.50％(重量)的氧化铝和8.20％(重量)的氧化镱。但是，实施例12和13中的初始氮化硅粉末含有的β-氮化硅分别为1.6％(重量)和0％(重量)。
表6表明：实施例12和13的结晶相中分别含有61.6％(重量)和78％(重量)的α’-SiAlON相，余者包含β’-SiAlON相。这些实施例表明：尽管总的初始粉末组成和处理方法相同，但是，通过控制初始氮化硅粉末混合物中β-氮化硅的含量，能够控制烧结态陶瓷材料中α’-SiAlON相的含量。
对于磨损应用场合，优选初始氮化硅粉末中β-氮化硅的含量大于或等于0％(重量)，但小于或等于2％(重量)，而α-氮化硅含量大于或等于98％(重量)，但小于或等于100％(重量)。对于刀具应用场合，优选初始氮化硅粉末中β-氮化硅的含量大于0％(重量)，但小于2％(重量)，而α-氮化硅含量大于98％(重量)，但小于100％(重量)。
实施例也表明：初始氮化硅粉末中β-氮化硅的含量等于0％(重量)的实施例，其α’-SiAlON相的含量最高。更具体地，实施例5，8和13中的α’-SiAlON相含量分别为83.9％(重量)，65.5％(重量)和78％(重量)。α’-SiAlON相含量较高的组合物比初始氮化硅粉末中含有8％(重量)β-氮化硅和92％(重量)α-氮化硅的实施例具有更高的断裂韧性。实施例5的组成中α’-SiAlON相含量最高(83.9％(重量))，其硬度也最高(20.31Hvn)。
制备出实施例14-19，以确定某些组合物的物理性能。制备实施例14-18所用的初始氮化硅粉末中，β-氮化硅的含量等于0％(重量)(这意味着初始氮化硅粉末中含有约100％(重量)的α-氮化硅)，从而使每种组合物的烧结体中的α’-SiAlON相含量最高。实施例19采用一种粉末混合物制成，其中存在的氮化硅粉末含有约2％(重量)的β-氮化硅和约98％(重量)的α-氮化硅。下面的表7给出了实施例14-19的初始粉末混合物的组成。批次号1145D(实施例19)是一个对照例，其与批次号1197G(实施例18)的组成相同，只是批次号1145D(实施例19)中的所有氮化硅均为Ube Industries出品的SNE-10氮化硅。
表8示出了实施例14-19的连续烧结参数以及硬度和断裂韧性。对稀土含量较低的实施例15和16，在连续烧结完成之后，进行热等静压(HIP)处理。HIP的最高温度是1830℃，时间为30分钟，总压力为20,000psi，
其中，150psi是氮压，余者是氩压。
表7实施例14-19的初始粉末组成
  实施例/批次号   氮化硅(wt％) *β-氮化硅(wt％)   氮化铝(wt％)   氧化铝(wt％)   氧化镱(wt％)
  14/1197A   80.8 0   5.2   5.8   8.20
  15/1197D   85.3 0   4.8   3.7   6.2
  16/1197F   79.3 0   7.5   7.0   6.2
  17/1417A   77.90 0   7.6   6.3   8.2
  18/1197G   79.8 0   9.0   3.0   8.20
  19/1145D   79.8 2   9.0   3.0   8.20
*包含β-氮化硅的初始氮化硅粉末的％(重量)，氮化硅粉末的余下部分是α-氮化硅和杂质。
表8实施例14-19的烧结参数和物理性能
实施例   组成[批次号]wt.％β-氮化硅 烧结参数   硬度[Hvn Gpa]  断裂韧性[KIC Mpam1/2] w/oα’-SiAlON
14 1197A/0％   1550/1700/1800/1800(每个加热区30分钟) 17.52 6.12 33.5
15 1197D/0％   1550/1700/1800/1800(每个加热区30分钟) 19.08 6.91 34.8
16 1197F/0％   1550/1700/1800/1800(每个加热区17分钟) 18.63 6.12 42.8
17 1417A/0％   1550/1700/1765/1765(每个加热区30分钟) 19.79 6.39 58.3
18 1197G/0％   1550/1700/1765/1765(每个加热区30分钟) 19.16 6.15 83.4
18a 1197G/0％   1550/1700/1800/1800(每个加热区30分钟) 19.21 6.66 84.1
19 1145D/2％   1765/1765/1765/1765(每个加热区30分钟) 75.2
上述表8给出了四个加热区中每一个的烧结温度(℃)以及坯体在每个加热区的停留时间(分钟)。表8也示出了维氏硬度(Hvn)(单位：GPa)和断裂韧性(KIC)(单位：MPam1/2)。表8还示出了α’-SiAlON相含量在α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总量中的重量百分比，其中，余下的结晶相包含β’-SiAlON相。
如表7和8所示的实施例14和15在初始氮化硅粉末中含有的β-氮化硅均为0％(重量)。尽管未制备和分析其它的实施例，但是，申请人预计：与实施例14的总初始粉末组成(80.8％(重量)的氮化硅[α-氮化硅和β-氮化硅]，5.2％(重量)的氮化铝，5.8％(重量)的氧化铝和8.20％(重量)的氧化镱)和实施例15的总初始粉末组成(85.3％(重量)的氮化硅[α-氮化硅和β-氮化硅]，4.8％(重量)的氮化铝，3.7％(重量)的氧化铝和6.2％(重量)的氧化镱)相同，但是初始氮化硅粉末中的β-氮化硅含量大于约5％(重量)(即：约6-7％(重量))的实施例，将会产生所含结晶相为约100％(重量)的β’-SiAlON相的烧结态陶瓷材料。根据这一预测，似乎是实施例14和15也令人惊奇地表明：通过控制初始氮化硅粉末混合物中β-氮化硅的含量，能够控制烧结态SiAlON陶瓷材料中α’-SiAlON相的含量，从而制备出α’-SiAlON组合物，在过去，本领域的普通专业人员仅仅能够期望制备出只有β’-SiAlON相构成的组合物。
参照图5，如前所述，该图示出了SiAlON的三维特性图基面上的氮化硅角。迄今，当使用β-氮化硅含量大于2％(重量)的传统初始氮化硅粉末时，本领域的普通专业人员能够期望仅仅处于x-x线上方区域内的组合物包含约100％(重量)的β’-SiAlON相和晶界相，而处于x-x线下方区域内的组合物包含α’-SiAlON相、β’-SiAlON相和晶界相。令人惊奇地，如图5所示，实施例14和15处于图5中x-x线上方的区域(即：富氧区)，而在该区域，使用β-氮化硅含量大于2％(重量)的传统初始氮化硅粉末，本领域的普通专业人员期望形成仅仅β’-SiAlON相。这与处于图5中x-x线下方区域时的情形相反，在该区域，根据过去的经验，本领域的普通专业人员能够期望产生α’-SiAlON相和β’-SiAlON相。
对本发明陶瓷的某些实施例，即实施例20-25，以及某些对照例，即买施例D-1至D-3进行冲蚀试验。冲蚀试验按照名称为“Standard Practicefor Conducting Erosion Tests by Solid Particle Impingement Using GasJets”的ASTM方法G76-83(1989年重新审定)中所列指南进行。使用一种Pennwalt/S.S.White Airabrasive Jet Machining Unit-Model H进行冲蚀试验，试验参量如下：(a)磨料是S.S.White Accucut Abrasive，其为50目的氮化硅粒子；(b)在40磅/平方英寸的压力下的流速是6克/分钟；(c)喷嘴(其由ROCTEC 100制成[一种含有碳化二钼的细晶粒碳化钨])长2英寸，外径0.175英寸，内径0.055英寸；(d)喷嘴位置与试样表面呈90°角，其中，采用粒度为320(320grit)的金刚石磨轮将试样表面研磨平行。
实施例20-22包含批次号1030，其处理过程与表2中的实施例3类似，因此具有与实施例3类似的物理性能和显微组织。实施例23-25包含批次号982，其处理过程与表2中的实施例4类似，因此具有与实施例4类似的物理性能和显微组织。实施例D-1至D-3包含一种Kennametal Inc.(Latrobe，Pennsylvania，USA)销售的陶瓷材料，其标号是KYON 2000。KYON 2000是一种含钇的α’-SiAlON-β’-SiAlON材料。实施例D-1至D-3中的每一个均具有与批次号941A相同的组成并且采用分批烧结技术进行处理。
表9示出了材料的密度(单位：g/cm3)和冲蚀试验结果。标记为“冲蚀”的一列代表材料的体积损耗(cm3)除以冲击试样的磨料粒子的总质量(g)的结果。冲蚀值较小表示冲蚀抗力较大。
表9实施例20-25以及D-1至D-3的冲蚀试验结果
  实施例/批次号   密度(克/立方厘米)   冲蚀[cm3/g]
  20/1030   3.3524   6.57E-05
  21/1030   3.3553   6.09E-05
  22/1030   3.3512   7.16E-05
  23/982   3.3461   7.95E-05
  24/982   3.3447   6.70E-05
  25/982   3.3465   7.94E-05
  D-1   3.2414   1.17E-04
  D-2   3.2392   1.33E-04
  D-3   3.2392   1.35E-04
此冲蚀试验结果表明：本发明的实施例，实施例20-25，比对照例D-1至D-3具有更好的冲蚀抗力。
实施例27-30采用X射线衍射分析确定晶格参数。表10给出了实施例27-30中的实施例号、批次号，以及α’-SiAlON相与β’-SiAlON相的单元晶胞尺寸“c”与单元晶胞尺寸“c”的值，以及括弧中这些值的误差范围。单元晶胞尺寸值根据如下方法获得。
表10实施例27-30的单元晶胞尺寸“a”和“c”
  实施例/批次号   ″a″α′-SiAlON   ″c″α′-SiAlON   ″a″β′-SiAlON   ″c″β′-SiAlON
  27/1166C   7.78461(.00296)   5.65844(.00148)   7.61649(.00472)   2.91717(.00210)
  28/1030[1227C]   7.78787(.00179)   5.66336(.00091)   7.61648(.00043)   2.91663(.00011)
  29/1166D   7.78950(.00544)   5.67139(.00336)   7.61659(.00380)   2.91514(.00271)
  30/1197F   7.80527(.00290)   5.68446(.00236)   7.63024(.00191)   2.93135(.00264)
制备出粉末状试样，并且，通过添加少量的NIST(National Instituteof Standards and Testing)硅金属(silicon metal)粉末制备出分析试样。NIST硅金属铁粉末是一种合格的标准材料，它在仪器校对中用于校正峰位的计算误差。采用有机粘结剂和丙酮对这种粉末混合物，即试样粉末与NIST硅金属粉末的粉末混合物进行混合，形成一种浆液。将获得的浆液粘附在玻璃载片上，然后使其干燥。
采用为了进行峰分辨而最小化的标准Braggs光学系统收集衍射数据。数据收集时使用的最小步进值为0.008°，扫描范围是75-135°。选择这些步进位置，以使峰位确定精度最大。在每个步进位置数据收集4秒钟。采用NIST硅参照衍射花样首先收集衍射数据用于仪器误差进行校正。通过用假Voight函数对收集的数据进行拟合，确定出精确的衍射峰位。通过使用“最小二乘”法，由峰位确定出每种SiAlON相的晶格参数。括弧中给出了获得的每个实施例的α’-SiAlON相与β’-SiAlON相的参数误差。
再参照表10中给出的α’-SiAlON相的数值，c/a之比，即：单元晶胞尺寸“c”与单元晶胞尺寸“a”之比为约0.726-0.729，并且，更广义地，为0.725-0.730。更具体而言，考虑到单元晶胞尺寸“a”与“c”的最大值和最小值，下面的表11列出了实施例27-30的α’-SiAlON相的c/a之比的最大值和最小值。
表11实施例27-30中α’-SiAlON相的c/a之比的最大值和最小值
  实施例/批次号   c/a之比的最小值   c/a之比的最大值
  27/1166C   .7264   .7273
  28/1227C[1030]   .7269   .7275
  29/1166D   .7271   .7290
  30/1197F   .7277   .7289
对于实施例27-30，表12给出了β’-SiAlON相的z值，其中，z值采用如下公式进行计算：
za＝a-7.60442/0.03
zc＝c-2.90751/0.027
zc/a＝(c/a-0.38226)/0.002
表12实施例27-30的z值
  实施例   Za   Zc   Zc/a
  27/1166C   0.402   0.358   0.374
  28/1227C[1030]   0.402   0.338   0.338
  29/1166D   0.406   0.331   0.323
  30/1197F   0.861   0.883   0.958
申请人预期：所述陶瓷材料可以任选包括硬相粒子，其中，这些硬相粒子的存在量不大于约40％(体积)，但不小于约10％(体积)。示例性硬粒子是氮化钛、碳氮化钛、碳化钛、硼化钛、氮化铪、碳氮化铪、碳化铪、硼化铪、氮化锆、碳氮化锆、碳化锆和硼化锆。碳氮化钛是优选的硬相粒子。
虽然此处给出的实施例使用了镱，但是，申请人预期：所述陶瓷材料可以使用其它的稀土组分。更具体地，申请人预期：由于有效离子半径小，铒(Er)、铥(Tm)、钪(Sc)或镥(Lu)中的任何一种可以替代该陶瓷材料中的镱。与镱类似，使用这些元素(即：铒、铥、钪或镥)也可能避免脆性晶界相的形成。化合价为+3、配位数为6的这些离子的有效离子半径如下：铒为0.890埃，铥为0.880埃，镱为0.868埃，镥为0.861埃，钪为0.745埃。相反，钇的离子半径为0.900埃(参见CRCHandbook of Chemistry and Physics(1998年，第79版)中第4-121页上的表14)。典型地，铒、铥、钪或镥作为氧化物添加在初始粉末混合物中。而且，申请人预期：所述陶瓷可以含有镱、铒、铥、钪和/或镥中的两种或多种元素的组合。
显然，本发明提供一种陶瓷材料，尤其是一种SiAlON材料，该材料具有改善的性能，从而使得该材料适合用作金属切削场合的刀头，以及用作磨损部件(例如，泵体的柱塞杆、柱塞球坯、下孔泵止回阀坯、衬套、喷嘴以及其它磨损和冲击场合)。
本文中引入此处标示的各个专利、专利申请以及其它文件，作为参考。
研究此处公开的本发明的实施说明书，本发明的其它实施方案对于本领域的专业人员将变得显而易见。意图在于：应认为所述的说明和实施例仅仅是说明性的，本发明的真实精神和范围由后面的权利要求指定。

Claims (49)

1.一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体，所述该陶瓷体包含：
一种包括α’-SiAlON相和β’-SiAlON相的两相复合物，所述α’-SiAlON相中含有镱；以及
在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量大于或等于25％(重量)，所述α’-SiAlON相和所述β’-SiAlON相的至少一些硅组元源自初始粉末混合物中的氮化硅粉末，其中所述初始氮化硅粉末具有少于1.6重量％的β-氮化硅，
其中所述α’-SiAlON具有式YbxSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n，其中x≤2，0.9≤m≤3.5且0＜n≤2.0，β’-SiAlON相的式是Si6-zAlzOzN8-z，其中，z大于0.3但小于1.5。
2.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，z大于0.7但小于1.5。
3.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，z大于0.3但小于0.6。
4.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，β’-SiAlON相的存在量占两相复合物的15-75％(重量)。
5.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其进一步包含一种晶界相。
6.根据权利要求5的陶瓷烧结体，其中，所述晶界相包含一种玻璃相。
7.根据权利要求5的陶瓷烧结体，其中，所述晶界相包含一种晶界结晶相。
8.根据权利要求7的陶瓷烧结体，其中，所述晶界结晶相不包含式为Yb2SiAlO5N的B相或者硅灰石相。
9.根据权利要求5的陶瓷烧结体，其中，所述晶界相包含一种晶界结晶相和一种玻璃相。
10.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，α’-SiAlON相的存在量占两相复合物的60-80％(重量)。
11.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，α’-SiAlON相的存在量占两相复合物的45-85％(重量)。
12.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，α’-SiAlON相具有单元晶胞尺寸“a”与单元晶胞尺寸“c”，而且，α’-SiAlON相的单元晶胞尺寸“a”与单元晶胞尺寸“c”之比(c/a)为0.725-0.730。
13.根据权利要求12的陶瓷烧结体，其中，α’-SiAlON相的c/a之值为0.726-0.729。
14.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，所述初始粉末混合物含有氮化铝和氧化铝和氧化镱。
15.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，所述初始氮化硅粉末含有为0％(重量)的β-氮化硅。
16.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，所述初始氮化硅粉末含有100％(重量)的α-氮化硅。
17.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，α’-SiAlON相还含有铒、铥、镥和钪中的一种或多种。
18.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中所述起始粉末还包括氧化镱粉末，α’-SiAlON相中的镱源自起始粉末混合物的氧化镱粉末。
19.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中所述起始氮化硅粉末含少于或等于1重量％的β-氮化硅。
20.根据权利要求1的陶瓷烧结体，其中，α’-SiAlON相的存在量占两相复合物的45-85％(重量)。
21.根据权利要求20的陶瓷烧结体，其中，α’-SiAlON相的存在量占两相复合物的60-80％(重量)。
22.根据权利要求20的陶瓷组合物，其中，α’-SiAlON相中除镱之外，还含有一种或多种稀土元素，其中，化合价为+3、配位数为6的每种所述稀土元素的有效离子半径小于0.900埃。
23.根据权利要求20的陶瓷组合物，其中，α’-SiAlON相还含有如下元素：铒、铥、镥和钪中的一种或多种。
24.一种陶瓷组合物，其基本组成为：
α’-SiAlON相和β’-SiAlON相，而且，α’-SiAlON相中含有镱；
α’-SiAlON相的含量占α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的45-85％(重量)；
β’-SiAlON相的含量占α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的15-55％(重量)，以及
所述α’-SiAlON相和所述β’-SiAlON相的至少一些硅组元源自初始粉末混合物中的氮化硅粉末，其中所述初始氮化硅粉末具有少于1.6重量％的β-氮化硅；以及
一种晶界相，其中，所述晶界相包括一种或多种的玻璃相和晶界结晶相，
其中所述α’-SiAlON具有式YbxSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n，其中x≤2，0.9≤m≤3.5且0＜n≤2.0，β’-SiAlON相的式是Si6-zAlzOzN8-z，其中，z大于0.3但小于1.5。
25.根据权利要求24的陶瓷组合物，其中，α’-SiAlON相的含量占α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的60-70％(重量)，β’-SiAlON相的含量占α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的30-40％(重量)。
26.根据权利要求24的陶瓷组合物，其中，β’-SiAlON相的式是Si6-zAlzOzN8-z，其中，z大于0.3但小于1.5。
27.根据权利要求24的陶瓷组合物，其中，α’-SiAlON相具有单元晶胞尺寸“a”与单元晶胞尺寸“c”，而且，α’-SiAlON相的单元晶胞尺寸“a”与单元晶胞尺寸“c”之比(c/a)为约0.725-0.730。
28.根据权利要求27的陶瓷组合物，其中，α’-SiAlON相的c/a之值为0.726-0.729。
29.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其断裂韧性大于或等于6.0MPam1/2。
30.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其断裂韧性大于或等于7.0MPam1/2。
31.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其断裂韧性大于或等于8.0MPam1/2。
32.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中，所述晶界相包括镱铝石榴石。
33.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中，所述晶界相包括YbAM结晶相，其中YbAM是一种式为Yb4Al2O9的单斜晶相。
34.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中，所述晶界相包括N-YbAM结晶相，其中N-YbAM是一种式为Yb4Si2O7N2的单斜晶相。
35.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中，所述晶界相包括N-YbAM结晶相和YbAM结晶相，其中YbAM是一种式为Yb4Al2O9的单斜晶相，且N-YbAM是一种式为Yb4Si2O7N2的单斜晶相。
36.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中，所述晶界相包括玻璃相。
37.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中，β’-SiAlON相的式是Si6-zAlzOzN8-z，其中，z大于0.3但小于1.5。
38.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中，α’-SiAlON相具有单元晶胞尺寸“a”与单元晶胞尺寸“c”，而且，α’-SiAlON相的单元晶胞尺寸“a”与单元晶胞尺寸“c”之比(c/a)为0.725-0.730。
39.根据权利要求38的陶瓷烧结体，其中，α’-SiAlON相的c/a之值为0.726-0.729。
40.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中所述起始粉末还包括氧化镱粉末，α’-SiAlON相中的镱源自该起始粉末的氧化镱粉末。
41.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中，起始氮化硅粉末含0重量％的β-氮化硅。
42.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其中，起始氮化硅粉末含少于或等于1重量％的β-氮化硅。
43.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其采用18.5kg的载荷测量得到的维氏硬度大于或等于17.5GPa。
44.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其采用18.5kg的载荷测量得到的维氏硬度大于或等于18.5GPa。
45.根据权利要求24的陶瓷烧结体，其采用18.5kg的载荷测量得到的维氏硬度大于或等于19.5GPa。
46.一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体，所述陶瓷烧结体包含：
一种包括α’-SiAlON相和β’-SiAlON相的两相复合物，所述α’-SiAlON相和所述β’-SiAlON相的至少一些硅组元源自初始粉末中的氮化硅粉末，其中所述初始氮化硅粉末具有少于或等于1.6重量％的β-氮化硅，而且，α’-SiAlON相中含有一种或多种稀土元素，并且，其中，当化合价为+3，配位数为6时，所述每种稀土元素的有效离子半径小于0.900埃；以及
在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量大于或等于35％(重量)，
其中所述α’-SiAlON具有式YbxSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n，其中x≤2，0.9≤m≤3.5且0＜n≤2.0，β’-SiAlON相的式是Si6-zAlzOzN8-z，其中，z大于0.3但小于1.5。
47.根据权利要求46的陶瓷烧结体，其中，起始氮化硅粉末含0重量％的β-氮化硅。
48.根据权利要求46的陶瓷烧结体，其中，起始氮化硅粉末含少于或等于1重量％的β-氮化硅。
49.根据权利要求46的陶瓷烧结体，其中，所述起始粉末还包括氧化镱粉末，α’-SiAlON相中的镱源自所述起始粉末混合物的氧化镱粉末。
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