[发明专利]一种多孔陶瓷表面致密氮化硅涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多孔陶瓷表面致密氮化硅涂层及其制备方法，能够在较低烧结温度下在多孔陶瓷基体表面制备出与基体结合强度高且致密的氮化硅涂层，其主要成分为氮化硅，晶界相为钡长石；其制备方法包括：采用淬火法制备烧结助剂BaO‑Al₂O₃‑SiO₂玻璃粉，先在多孔基体表面喷涂一层以玻璃粉为烧结助剂的氮化硅涂层，进行预烧结形成中间层；再在基体表面喷涂不同含量的玻璃粉为烧结助剂的氮化硅涂层，进行烧结获得致密氮化硅涂层；本发明实现了氮化硅涂层的低温烧结，降低了涂层对基体的影响；致密氮化硅陶瓷涂层和多孔基体结合强度较高；制备出的氮化硅涂层主要由α‑Si₃N₄、β‑Si₃N₄和钡长石组成，保证了涂层的高温性能。

技术领域

本发明属于陶瓷涂层制备技术领域，具体涉及一种较低烧结温度下在多孔陶瓷基体表面制备致密氮化硅涂层及方法。

背景技术

多孔陶瓷质轻，可加工性能良好，抗热震性能好，低热膨胀系数，低热导率，孔隙的存在使其具有低介电常数和介电损耗，可以用作隔热材料和透波材料等。但是在使用过程中，孔隙的存在会使多孔陶瓷吸收水汽而严重影响其介电性能；另外，多孔结构还使得力学性能以及隔热性能的下降。

目前解决上述问题的方法主要集中在利用溶胶凝胶法、CVD法等在多孔基体表面制备致密陶瓷涂层。文献“Comparison in microstructure and mechanical propertiesof porous Si₃N₄ ceramics with SiC and Si₃N₄coatings(Li X M,Yin X W,Zhang LT.et al.Materials Science and Engineering A.2009:1-7)”采用CVD工艺在多孔氮化硅表面分别均匀沉积四次SiC和Si₃N₄涂层，使得多孔基体维氏硬度提高到14.2GPa和10.1GPa，抗弯强度分别提高到298MPa和284MPa。但是CVD法生产周期长，效率低，对设备要求较高，无法对复杂形状的基体进行沉积。文献“Coating on Porous Si₃N₄Based Substrate withSol-Gel Slurry(Zhang C C,Li X L，Ji H M.et al.Integrated Ferroelectrics,2012,138(1):111-116.)”、“多孔氮化硅表面封孔增强涂层研究(王树彬，李世杰，张跃.无机材料学报.2008(4)：769-773)”和“硅灰石对LAS系微晶釉料性能的影响(张晓丽，李勇。硅酸盐学报.2010，38(6)：1093-1097)”利用溶胶凝胶法成功制备了Sialon、Li₂O-Al₂O₃-SiO₂和CaO-SiO₂-B₂O₃等涂层，使基体的吸水率下降了91％～97％，强度提高了9％～29％，并且涂层对多孔基体的介电常数和介电损耗影响很低。但是溶胶凝胶法难以制备出较厚的涂层，工艺繁琐复杂，热处理时涂层内部容易出现裂纹，且效率较低。