[发明专利]含有α－氮化硅晶须的氮化硅水基流延浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水基流延浆料及其制备方法，特别是涉及一种含有α-氮化硅晶须的氮化硅水基流延浆料及其制备方法。

背景技术

氮化硅是无机非金属强共价键化合物，由于氮原子之间结合得非常牢固，具有高比强、高比模、耐高温、抗氧化和耐磨损以及高抗热震性等优点，所以在高温、高强腐蚀介质的工作环境中具有特殊的使用价值。氮化硅结构陶瓷材料虽然具有以上许多优异的性能，且在各领域中有广泛的重要应用，但是它的致命的弱点：脆性，还是会阻碍它的更广泛的应用，它不像金属那样具有塑性变形的能力，具有可滑移的位错系统，当外加能量超过一定的限度时，它只有形成新的表面来消耗外加能量，即在陶瓷体内形成新的裂纹表面导致灾难性的破坏。

目前，氮化硅结构陶瓷的增韧途径主要有颗粒增韧、晶须或纤维增韧、ZrO₂相变增韧及柱状β-Si₃N₄晶粒的自增韧等四种途径。其中，晶须是在人工控制的条件下合成的一种高强度胡须状的单晶体，其晶体结构比较完整，内部缺陷少，其强度和模量均接近理想晶体，因此，常将其作为增强组元加入到金属基、陶瓷基和高分子基材料中起增强、增韧作用。20世纪80年代中期晶须增强增韧复合材料的研究取得了深入进展，由晶须增强的新型复合材料，既保存了基体材料的主要特色，又通过晶须的增强、增韧作用改善了基体的性能。晶须补强陶瓷基复合材料一直是人们研究的热点，并取得了不少积极的研究成果。但是晶须的杂乱排布与团聚不能充分地发挥出晶须的作用，而且晶须是微小的单晶体，不能像纤维那样进行宏观的定向排布，通过传统的方法如干混加入晶须根本不能达到晶须的定向，其原位生长也很难实现晶须的定向，实验发现可以通过一些特殊工艺来实现晶须的定向排布如：成型工艺。特殊的成型方法主要有：抽滤—叠层、轧膜成型、浇注成型、或压滤成型、注射成型、流延法、挤制成型等，也有一些报道采用电磁场来使短纤维或晶须定向排布。这些成型方法能使晶须产生较好的二维或一维定向效果，其中以流延法和挤制成型效果较好，均能使晶须产生很好的一维定向效果。其中挤出成型由于泥浆粘度很高，无法消除粉体之间的团聚，也无法调控单层内部由于工艺因素引起的各向异性，相比之下流延成型具有设备简单、可连续操作、生产效率高、自动化水平高、工艺稳定、坯体性能均一等一系列优点，因此在陶瓷材料的成型工艺中得到了广泛的应用。要制备好的流延成型坯体，制备分散性好、粘度低的比较稳定的流延浆料至关重要。非水基流延工艺目前比较成熟，但是有机流延在料浆配制过程中，需要使用大量的有机溶剂，大多数的有机溶剂不仅具有毒性，在排除过程中对环境和人体造成不良影响，而且成本较高，不适合于大批量生产。相对而言，水对环境无污染、成本低等优点，因此水基流延成型得到更多的研究和关注。

从目前的国内外文献看，针对掺加晶须的水基流延浆料的研究资料和数据非常少，尤其是加入α-氮化硅晶须的水基料浆制备在国内尚属空白。由于晶须特有的结构，它的微量加入立刻使料浆的粘度急剧增加，这样就使该流延浆料固相含量的提高增加了难度，因此选择合适的分散剂、粘结剂、增塑剂等有机添加剂和调节合适的配比至关重要。本研究主要通过考察Zeta电位来确定料浆分散性最佳的pH值，通过考察晶须和粉体在水中的料浆的粘度、流变性来调整料浆的工艺参数使其达到最适宜流延的状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种氮化硅水基流延浆料及其制备方法，所述浆料适于流延成型，成膜性好，并且该浆料制备工艺简单，成本低。

本发明解决其技术问题采用的以下的技术方案：

本发明提供的是一种含有α-氮化硅晶须的氮化硅水基流延浆料，其固相含量为15～40％，所含的组分及其质量配比为：α-氮化硅晶须1～10％，氮化硅粉体16～25％，四甲基氯化铵1～6％，聚乙烯醇20～35％，丙二醇1～8％，去离子水余量。

本发明提供的制备上述含有α-氮化硅晶须的氮化硅水基流延浆料的方法是：加入α-氮化硅晶须，以去离子水为溶剂，聚乙烯亚胺为分散剂，聚乙烯醇作为粘结剂，丙二醇作为增塑剂，用四甲基氯化铵来调节料浆的pH值。具体包括配料、混合、两次球磨和后处理工序。