[发明专利]高耐磨氮化硅陶瓷的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料技术领域，具体涉及一种三步变温气压烧结生产高耐磨氮化硅陶瓷的方法。

背景技术

氮化硅(Si₃N₄)陶瓷具有高强度，高耐磨性，耐高温，耐腐蚀，耐酸、碱、可在海水中长期使用，并具有绝电绝磁的良好性能。在800℃时，强度、硬度几乎不变，其密度为3.20g/cm³，几乎是轴承钢的1/3重量，旋转时离心力小，可以实现高速运转。还具有自润滑性，它可以使用到无润滑介质高污染的环境中。成为陶瓷轴承，混合陶瓷球轴承的首选球珠。为此，用作轴承的氮化硅陶瓷的耐磨性已成为陶瓷工作者关注的重要指标。

α相氮化硅为等轴状晶型，具有较高的硬度和抗热震性，β相氮化硅为长柱状晶型，具有较高的强度和韧性，前者为低温型，后者为高温型。α相和β相显微结构的差异及性能上的互补性，使得制备α-β复相氮化硅陶瓷可望具有更优的性能。通过改进复相氮化硅陶瓷中α相的含量，可以在较大范围内改善氮化硅陶瓷的耐磨性能。氮化硅陶瓷原料为α相，α相在1450～1550℃即开始转变为β相，氮化硅陶瓷在常规烧结温度(1750～1800℃)下为β相，很难保留α相。本申请采用三步变温气压烧结法使得α相未能完全转变成β相，从而制备α-β复相氮化硅陶瓷，进而改善其耐磨性。

经对现有技术的文献检索，未发现采用三步变温气压烧结法生产α-β复相氮化硅陶瓷的报导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，改善现有氮化硅陶瓷的耐磨性，提供一种α-β复相氮化硅陶瓷的生产方法。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

一种α-β复相氮化硅陶瓷的生产方法，其特征在于，所述氮化硅陶瓷原材料各组分及质量百分比含量为：氮化硅92％，氧化钇5％，三氧化二铝3％。上述氮化硅中α相氮化硅质量百分比含量大于94％，氧化钇和三氧化二铝纯度(质量百分比)均大于99％。上述各组分的粒径分别为：氮化硅0.4～0.6μm，氧化钇1～3μm，三氧化二铝0.3～0.5μm。将上述各组分混合制坯，采用三步气压烧结工艺生产，第一步，在低温低压氮气气氛将陶瓷坯体烧至气孔完全闭合，烧结温度1600～1650℃，氮气压力1MPa，保温时间30～60min；第二步，调高温度，加大氮气压力，在高温下短暂停留，烧结温度1750～1780℃，氮气压力6MPa，保温时间10-15min；第三步，迅速降温，长时间保温，烧结温度1400～1450℃，氮气压力6MPa，保温时间180～360min，由高温到低温的降温速率为40℃/min，直至烧结致密。

由于本发明采用了三步变温气压烧结法，部分α相氮化硅未转变成β相，改善氮化硅陶瓷的耐磨性。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合本发明的实施例作详细说明：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。

实施例1：

各组分及质量百分比含量为：氮化硅92％，氧化钇5％，三氧化二铝3％。将上述各组分混合制坯，采用三步气压烧结工艺生产，第一步，在烧结温度1600℃，氮气压力1MPa，保温时间60min条件下，将陶瓷坯体烧至气孔完全闭合；第二步，调高温度，加大氮气压力，在烧结温度1780℃，氮气压力6MPa，保温时间15min条件下，短暂停留；第三步，迅速降温，长时间保温，在烧结温度1400℃，氮气压力6MPa，保温时间180min条件下，完成低温烧结，由高温到低温的降温速率为40℃/min，直至烧结致密。

本实施例得到的α-β复相氮化硅陶瓷的体积密度为3.28g/cm³，抗折强度为780MPa，显微硬度为16.8GPa。其中α相氮化硅质量百分比含量为25％。

实施例2：

各组分及质量百分比含量为：氮化硅92％，氧化钇5％，三氧化二铝3％。将上述各组分混合制坯，采用三步气压烧结工艺生产，第一步，在烧结温度1650℃，氮气压力1MPa，保温时间30min条件下，将陶瓷坯体烧至气孔完全闭合；第二步，调高温度，加大氮气压力，在烧结温度1750℃，氮气压力6MPa，保温时间15min条件下，短暂停留；第三步，迅速降温，长时间保温，在烧结温度1450℃，氮气压力6MPa，保温时间360min条件下，完成低温烧结，由高温到低温的降温速率为40℃/min，直至烧结致密。