[发明专利]一种Sc－α－sialon陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种α-sialon陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

α-塞隆(sialon)是α-Si₃N₄的固溶体，具有优良的热、化学稳定性以及抗摩擦磨损性能，是重要的工程应用材料。烧结过程中，它能够吸收液相中的金属阳离子溶入自身的结构中，从而减少材料中的晶间相。

优化烧结助剂是获得难熔晶相并进一步提高氮化硅基陶瓷高温性能的常用方法。研究发现，大尺寸稀土离子稳定的α-sialon陶瓷中，晶间相的含量较高，而且在1300～1550℃使用时，α-sialon相不稳定，容易发生分解形成β-sialon和富含稀土的晶间相。另有研究认为，含有稀土的硅铝氧氮玻璃的物理特性，如场强、粘度、软化温度以及玻璃转化温度等都随着掺杂稀土的离子半径的减小而降低。因此，选择小尺寸的稀土元素作为α-sialon的稳定剂不仅改善材料的高温稳定性，而且能够提高晶间相的软化温度，进一步扩大其高温工程应用前景。

钪离子尺寸很小，只有0.073nm，用氧化钪作氮化硅陶瓷的烧结助剂，晶间相熔点高，所得材料的高温性能优良。但是用氧化钪烧结α-sialon陶瓷，且获得纯的Sc-α-sialon陶瓷的研究还未见报道。由于现有的热压、无压等烧结方法很难获得Sc-α-sialon相，因而限制了氧化钪的应用。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术不能获得纯的Sc-α-sialon陶瓷的问题，而提供一种Sc-α-sialon陶瓷材料及其制备方法。

本发明Sc-α-sialon陶瓷材料的通式为Sc_m/3Si_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n，其中0＜m＜5，0＜n＜5。

制备Sc-α-sialon陶瓷材料的方法按以下步骤实现：一、将氮化硅、氧化铝、氮化铝和氧化钪按通式Sc_m/3Si_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n中的化学计量比混合，得到混料，将混料、氮化硅球和无水乙醇放入聚氨酯内衬磨罐或塑料筒中湿混8～24h，混合后在40～100℃的条件下烘干，得混合粉末；二、将混合粉末装入石墨模具，然后放入放电等离子烧结炉中，在氮气保护及单向压力为5～100MPa的条件下，以30～200℃/min的升温速率将温度升至1250～1900℃，保温0～10min，即得Sc-α-sialon陶瓷材料；其中步骤一通式中0＜m＜5，0＜n＜5；步骤一中混料与氮化硅球的质量比为1∶1.5～2.5，混料与无水乙醇的质量比为1∶1～1.5。

本发明获得了纯的Sc-α-sialon陶瓷材料，其工艺简单、成本低、效率高、重复性好、所得陶瓷材料具有高达19.7GPa的硬度，且有长棒状α-sialon晶粒的形成使得材料韧性好，达4.4MPm^1/2。

附图说明

图1为具体实施方式七中所得陶瓷材料的X-射线衍射谱图，其中，○为β-sialon相，●为α-sialon相，▲为AlN-多型体；图2为具体实施方式八中所得陶瓷材料的X-射线衍射谱图，其中●为α-sialon相，▲为AlN-多型体；图3为具体实施方式八中所得陶瓷材料的表面形貌图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式Sc-α-sialon陶瓷材料的通式为Sc_m/3Si_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n，其中0＜m＜5，0＜n＜5。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是通式中m＝n＝1。其它与具体实施方式一相同。