[发明专利]一种Si3N4基复合陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种Si₃N₄基复合陶瓷及其制备方法。

背景技术

Si₃N₄陶瓷具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、耐高温和抗机械冲击和抗热冲击性好等优异的性能，是重要的基板封装材料和高温结构材料，被广泛应用于航天、化工、冶金、军工及机械制造等领域。然而，Si₃N₄陶瓷因其较强的共价键和较低的扩散系数而难以烧结致密化，故现有大部分的Si₃N₄陶瓷的致密性较低，进一步限制了Si₃N₄陶瓷的发展和应用。

发明内容

为了解决现有Si₃N₄陶瓷致密性较低的这一技术问题，本发明的目的在于提供一种致密性高、力学性能优良的Si₃N₄基复合陶瓷。

本发明的具体技术方案如下：

一种Si₃N₄基复合陶瓷，其制备原料包括：Si₃N₄和添加剂；

所述添加剂为M_xO_y和Re₂O₃；

M选自Mg或Al，1≤x≤3，1≤y≤3；

Re选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu。

优选的，所述Si₃N₄和添加剂的质量比优选为(85～95):(5～15)，更优选为(90～95):(5～10)。

优选的，所述添加剂中，M_xO_y和Re₂O₃的质量比优选为(1～50):(1～50)，更优选为1:1。

本发明还提供了一种Si₃N₄基复合陶瓷的制备方法，包括：在惰性气体和真空条件下，将Si₃N₄和添加剂进行热压烧结，得到所述Si₃N₄基复合陶瓷；

其中，所述Si₃N₄和添加剂的质量比为(85～95):(5～15)；

所述添加剂为M_xO_y和Re₂O₃；

M选自Mg或Al，1≤x≤3，1≤y≤3；

Re选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu。

优选的，所述热压烧结包括：

a)将Si₃N₄、M_xO_y和Re₂O₃的混合粉体以第一升温速率升温至第一温度1000～1250℃，得到一次烧结体；

b)将所述一次烧结体以第二升温速率升温至第二温度1300～1600℃，得到二次烧结体；

c)保温0.5～2h后，以降温速率降至1000～1400℃，最后随炉冷却，得到所述Si₃N₄基复合陶瓷。

更优选的，在步骤b)和步骤c)之间还包括：将所述二次烧结体以第三升温速率升温至第三温度1600～2000℃，得到三次烧结体。

更优选的，所述第一升温速率、第二升温速率和第三升温速率为5～15℃/min；

所述降温速率为5～15℃/min。

优选的，所述惰性气体为氮气；所述真空条件的真空度为10Pa～0.1MPa。

优选的，所述热压烧结的载荷为20～40MPa。

优选的，在所述预压之前还包括：将Si₃N₄、M_xO_y和Re₂O₃球磨，得到Si₃N₄、M_xO_y和Re₂O₃的混合粉体；