專利名稱：鉺釹摻雜納米氮化硅陶瓷材料的制備方法
鉺釹摻雜納米氮化硅陶瓷材料的制備方法本發(fā)明涉及一種陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種氧化鉺氧化釹作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)高性能氮化硅陶瓷的方法。氮化硅陶瓷具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，被公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料之一。氮化硅作為一種共價(jià)鍵化臺(tái)物，擴(kuò)散系數(shù)小，沒有熔點(diǎn)，約在2173K分解成氨和硅，難于燒結(jié)。通常的氮化硅陶瓷有反應(yīng)燒結(jié)和熱壓燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)致密度差，力學(xué)性能差，熱壓燒結(jié)雖然密度高，力學(xué)性能好，但成本較高，難以大規(guī)模生產(chǎn)。而無壓燒結(jié)介于兩者之間，由于氮化硅陶瓷為共價(jià)鍵化合物，無壓燒結(jié)困難，提高無壓燒結(jié)氮化硅陶瓷的密度成為研究熱點(diǎn)，通常加稀土氧化物作為燒結(jié)助劑，如氧化銥。但氧化銥的成本較高，對(duì)于氮化硅的應(yīng)用推廣不利。為此我們選用氧化鉺氧化釹作為添加劑以改善氮化硅的燒結(jié)密度和力學(xué)性能。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氧化鉺氧化釹作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)高性能氮化硅陶瓷的方法。本發(fā)明生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，成本低，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明的氧化鉺氧化釹作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷具有密度高，力學(xué)性能好的特點(diǎn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所涉及的氧化鉺氧化釹作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷，組分及質(zhì)量百分比含量為氧化鉺3% 7%，氧化釹5% 8%，氮化硅85% 92%。所述的氧化鉺粒度3 6微米，氧化釹粒度5 7微米，氮化硅粒度O. 4 O. 7微米。本發(fā)明所涉及的氧化鉺氧化釹作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷方法，包括如下步驟步驟一，分別稱取氧化鉺氧化釹和氮化硅陶瓷粉體，在行星式球磨機(jī)中以每分鐘270 330轉(zhuǎn)混合2小時(shí)，分散介質(zhì)為無水乙醇，隨后在60°C烘干，時(shí)間為2 3小時(shí)，得到混合均勻的氧化鉺氧化釹和氮化硅陶瓷混合粉體；步驟二，將步驟一的混合粉體在75 IOOMpa壓力下成型，形成素坯；步驟三，將步驟二中的素坯在真空碳管爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在1400 1550°C溫度下保溫12 18小時(shí)。步驟四，將步驟三中燒成的氮化硅陶瓷取出，檢測(cè)體積密度和力學(xué)性能。步驟一中，所述氧化鉺的重量百分比為3% 7%,氧化釹的重量百分比為5% 8 %，氮化硅的重量百分比為85 % 92 %。步驟一中，所述氮化硅中a-Si3N4含量大于90%。
步驟一中，所述氧化鉺氧化釹含量均大于98%。步驟三中，所述氮?dú)獾膲毫镮 2大氣壓。步驟四中，所述力學(xué)性能為抗折強(qiáng)度。本發(fā)明中，所述的氧化鉺氧化釹起到燒結(jié)助劑的作用，在1400 1550°C高溫?zé)Y(jié)條件下，形成液相，使氮化硅陶瓷致密化。本發(fā)明具有如下的有益效果氮化硅陶瓷致密程度高，力學(xué)性能好，滿足實(shí)際使用的需要。該制備方法簡(jiǎn)單，成本低，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)本專業(yè)的人來說是容易實(shí)施的。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和 過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。實(shí)施例氧化鉺氧化釹為贛州嘉潤(rùn)新材料有限公司，氮化硅粉為德國Starck公司生產(chǎn)的Mll粉。按照重量百分比分別稱取3%的氧化鉺、5%的氧化釹和92%的氮化硅粉。將上述兩種粉在行星式球磨機(jī)中(南京大學(xué)儀器廠QM-3SP2型)混合均勻，轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)，時(shí)間I. 5小時(shí)。將混合粉在SOMpa的壓力下成型，將素坯在真空碳管爐中(上海辰榮電爐有限公司ZT-40-20型)1450°C保溫16小時(shí)。本實(shí)施例得到的氮化硅陶瓷的體積密度為3. 41g/cm3,抗折強(qiáng)度為623Mpa。
權(quán)利要求
1.鉺釹摻雜納米氮化硅陶瓷材料的制備方法所涉及的氧化鉺氧化釹作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷，組分及質(zhì)量百分比含量為氧化鉺3% 7%，氧化釹5% 8%，氮化硅85% 92%。所述的氧化鉺粒度3 6微米，氧化釹粒度5 7微米，氮化硅粒度0.4 0.7微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉺釹摻雜納米氮化硅陶瓷材料的制備方法所涉及的氧化鉺氧化釹作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷方法，包括如下步驟 步驟一，分別稱取氧化鉺氧化釹和氮化硅陶瓷粉體，在行星式球磨機(jī)中以每分鐘270 330轉(zhuǎn)混合2小時(shí)，分散介質(zhì)為無水乙醇，隨后在60°C烘干，時(shí)間為2 3小時(shí)，得到混合均勻的氧化鉺氧化釹和氮化硅陶瓷混合粉體； 步驟二，將步驟一的混合粉體在75 IOOMpa壓力下成型，形成素坯； 步驟三，將步驟二中的素坯在真空碳管爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在1400 1550°C溫度下保溫12 18小時(shí)。
步驟四，將步驟三中燒成的氮化硅陶瓷取出，檢測(cè)體積密度和力學(xué)性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉺釹摻雜納米氮化硅陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述氧化鉺的重量百分比為3% 7%,氧化釹的重量百分比為5% 8%,氮化娃的重量百分比為85% 92%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉺釹摻雜納米氮化硅陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟一中，所述氮化娃中a-Si3N4含量大于90%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉺釹摻雜納米氮化硅陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟一中，所述氧化鉺氧化釹中含量均大于98%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉺釹摻雜納米氮化硅陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟三中，所述氮?dú)獾膲毫镮 2大氣壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉺釹摻雜納米氮化硅陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟四中，所述力學(xué)性能為抗折強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種氧化鉺氧化釹作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)高性能氮化硅(Si3N4)陶瓷的方法。其組分及質(zhì)量百分比含量為氧化鉺3％～7％，氧化釹5％～8％，氮化硅85％～92％。目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氧化鉺氧化釹作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)高性能氮化硅陶瓷的方法，可廣泛用于化工、機(jī)械、冶金、航空航天等領(lǐng)域的零部件制備。
文檔編號(hào)C04B35/596GK102775153SQ201110118708
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者丁勤 申請(qǐng)人:昆山智集材料科技有限公司