[发明专利]一种高硬度氧化钐复合氮化硅陶瓷的制备方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及一种陶瓷材料技术领域，具体是一种氧化钐(Sm₂O₃)作为添加剂无压烧结生产高性能氮化硅(Si₃N₄)陶瓷的方法。

[背景技术]

氮化硅陶瓷具有优异的高温力学性能，被公认为是最有发展前途的高温结构陶瓷材料之一。氮化硅作为一种共价键化台物，扩散系数小，没有熔点，约在2173K分解成氨和硅，难于烧结。通常的氮化硅陶瓷有反应烧结和热压烧结，反应烧结致密度差，力学性能差，热压烧结虽然密度高，力学性能好，但成本较高，难以大规模生产。而无压烧结介于两者之间，由于氮化硅陶瓷为共价键化合物，无压烧结困难，提高无压烧结氮化硅陶瓷的密度成为研究热点，通常加稀土氧化物作为烧结助剂，如氧化铱。但氧化铱的成本较高，对于氮化硅的应用推广不利。为此我们选用氧化钐作为添加剂以改善氮化硅的烧结密度和力学性能。

[发明内容]

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氧化钐作为添加剂无压烧结生产高性能氮化硅陶瓷的方法。本发明生产方法简单，成本低，易实现产业化生产；本发明的氧化钐作为添加剂无压烧结生产的氮化硅陶瓷具有密度高，力学性能好的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的氧化钐作为添加剂无压烧结生产的氮化硅陶瓷，组分及质量百分比含量为：氧化钐8％～15％，氮化硅85％～92％。

所述的氧化钐粒度5～7微米，氮化硅粒度0.4～0.7微米。

本发明所涉及的氧化钐作为添加剂无压烧结生产的氮化硅陶瓷方法，包括如下步骤：

步骤一，分别称取氧化钐和氮化硅陶瓷粉体，在行星式球磨机中以每分钟270～330转混合2小时，分散介质为无水乙醇，随后在60℃烘干，时间为2～3小时，得到混合均匀的氧化钐和氮化硅陶瓷混合粉体；

步骤二，将步骤一的混合粉体在75～100Mpa压力下成型，形成素坯；

步骤三，将步骤二中的素坯在真空碳管炉中在氮气保护下，在1400～1550℃温度下保温12～18小时。

步骤四，将步骤三中烧成的氮化硅陶瓷取出，检测体积密度和力学性能。

步骤一中，所述氧化钐的重量百分比为8％～15％，氮化硅的重量百分比为85％～92％。

步骤一中，所述氮化硅中α-Si₃N₄含量大于90％。

步骤一中，所述氧化钐中Sm₂O₃含量大于98％。

步骤三中，所述氮气的压力为1～2大气压。

步骤四中，所述力学性能为抗折强度。

本发明中，所述的氧化钐起到烧结助剂的作用，在1400～1550℃高温烧结条件下，形成液相，使氮化硅陶瓷致密化。

本发明具有如下的有益效果：氮化硅陶瓷致密程度高，力学性能好，满足实际使用的需要。该制备方法简单，成本低，易实现产业化生产。

[具体实施方式]

以下结合实施例对本发明作进一步说明。本发明的生产技术对本专业的人来说是容易实施的。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例

氧化钐为赣州嘉润新材料有限公司，氮化硅粉为德国Starck公司生产的M11粉。按照重量百分比分别称取8％的氧化钐和92％的氮化硅粉。

将上述两种粉在行星式球磨机中(南京大学仪器厂QM-3SP2型)混合均匀，转速300转，时间1.5小时。将混合粉在80Mpa的压力下成型，将素坯在真空碳管炉中(上海辰荣电炉有限公司ZT-40-20型)1450℃保温16小时。

本实施例得到的氮化硅陶瓷的体积密度为3.32g/cm³，抗折强度为684Mpa。