[发明专利]耐磨元件以及制造该耐磨元件的方法

权利要求书

1.一种由主要由氮化硅组成的陶瓷烧结体所形成的耐磨元件，所述陶瓷烧结体含有10-3500ppm的按照Fe元素计的Fe成分、大于1000ppm至2000ppm的按照Ca元素计的Ca成分、和1-2000ppm的按照Mg元素计的Mg成分，其中氮化硅晶粒的β-相比是95%或者更大，氮化硅晶粒的最大长径是40μｍ或者更低，通过XRD没有检测出存在于晶界相中的Ca成分，并且所述耐磨元件的硬度、断裂韧性和密度中每个的离差处于±10%的范围内。

2.根据权利要求1的耐磨元件，其中通过XRD没有检测出存在于陶瓷烧结体的晶界相中的Mg的化合物。

3.根据权利要求1或者2的耐磨元件，其中所述的陶瓷烧结体包含0.1-5质量%的选自Ti、Zr、Hf、W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一种元素。

4.根据权利要求1-3任一项的耐磨元件，其中所述的陶瓷烧结体包含1-5质量%的按照稀土元素计的稀土成分、和1-5质量%的按照Al元素计的Al成分。

5.根据权利要求1-4任一项的耐磨元件，其中所述的陶瓷烧结体的维氏硬度是1400或者更大。

6.根据权利要求1-5任一项的耐磨元件，其中所述的陶瓷烧结体的断裂韧性是5.5MPa·m^1/2或者更大。

7.根据权利要求1-6任一项的耐磨元件，其中所述的陶瓷烧结体的密度是3.18g/cm³或者更大。

8.根据权利要求1-7任一项的耐磨元件，其中构成耐磨元件的氮化硅晶粒的平均长径比是2或者更大，所述平均长径比定义为氮化硅晶粒的各长径比的平均值。

9.根据权利要求1-8任一项的耐磨元件，其中所述的陶瓷烧结体包含表面粗糙度Ra是1μｍ或者更低的研磨的表面。

10.一种制造由主要由氮化硅组成的陶瓷烧结体所形成的耐磨元件的方法，所述方法包括下面的步骤：

制备材料粉末混合物，其含有氮化硅材料粉末、烧结剂粉末、10-3500ppm的按照Fe元素计的Fe成分、大于1000ppm至2000ppm的按照Ca元素计的Ca成分、和1-2000ppm的按照Mg元素计的Mg成分；

模制所述材料粉末混合物，由此形成模制体；

在1600-1950℃的烧结温度对所述模制体进行初级烧结操作，由此获得相对密度为80%或者更高且小于98%的初级烧结体；

冷却所述初级烧结体，其中在烧结温度到1400℃的温度范围内，将冷却速率控制到100℃/小时或者更大；

在1600-1900℃的烧结温度对所述初级烧结体进行次级烧结操作，由此获得相对密度为98%或者更大的次级烧结体；和

冷却所述次级烧结体，其中在烧结温度到1400℃的温度范围内，将冷却速率控制到100℃/小时或者更大。

11.根据权利要求10的制造耐磨元件的方法，其中所述的次级烧结操作通过对所述的初级烧结体实施高温等静压(HIP)方法来进行。

12.根据权利要求10或者权利要求11的制造耐磨元件的方法，其中所述的陶瓷烧结体包含1-5质量%的以稀土元素计的稀土成分和1-5质量%的以Al元素计的Al成分作为烧结剂。

13.根据权利要求10到权利要求12中任一项的制造耐磨元件的方法，其中所述的方法进一步包含研磨所述陶瓷烧结体的步骤，从而所述陶瓷烧结体的表面粗糙度Ra控制到1μｍ或者更低。