[发明专利]一种氮化硼纳米管增韧氮化硅陶瓷的方法及其制备的产品

说明书

本发明实施例提供了一种氮化硼纳米管增韧氮化硅陶瓷的方法，包括：(1)称取原料，基于所述原料的总质量，所述原料包括：88.8‑90％的α‑氮化硅，0.1‑1.2％的氮化硼纳米管，2‑8％的氧化铝，2‑8％的氧化钆；(2)将除氮化硼纳米管外的其它原料球磨指定时间后，再将氮化硼纳米管加入继续球磨，将到混合浆料；(3)将所述混合浆料经干燥、过筛后装入模具中，在惰性气氛中进行热压烧结。本发明提供的氮化硼纳米管增韧氮化硅陶瓷的方法，将氮化硼纳米管作为增韧相引入到氮化硅基体中，显著地提高了氮化硅陶瓷的断裂韧性。

技术领域

本发明涉及氮化硼陶瓷制备技术领域，特别是涉及一种氮化硼纳米管增韧氮化硅陶瓷的方法及其制备的产品。

背景技术

氮化硅结构中，氮原子和硅原子的化学键非常强，因此氮化硅陶瓷具有硬度高、耐磨性好、抗热震性好、化学稳定性佳等优点，广泛应用于机械、化工、航空航天等领域。但是，氮化硅陶瓷依然具有陶瓷材料共有的缺点一脆性大。因此，如何改善氮化硅陶瓷的韧性，依然是陶瓷材料研究的热点之一。

陶瓷材料的增韧方法包括相变韧化、晶须及颗粒韧化、纤维韧化、纳米线及纳米管韧化等。但是相变、晶须及颗粒韧化效果不是特别明显，纤维韧化的操作工程较为复杂，同时产品的致密度较差，目前应用较多的是碳纳米管增韧。由于碳纳米管的高温氧化而使其应用具有一定的局限性，而且碳纳米管增韧的氮化硅陶瓷的断裂韧性一般为8.5MPa·m^1/2(参见E.L.Corral,J.Cesarano III,A.Shyam,E.Lara-Curzio,N.Bell,J.Stuecker,N.Perry,M.D.Prima,Z.Munir,J.Garay,and E.V.Barrera,Engineered nanostructuresfor multifunctional single-walled carbon nanotube reinforced ailicon nitridenanocomposites,J.Am.Ceram.Soc.91(2008)3129–3137.)，增韧效果有限。

发明内容

氮化硼纳米管是一种结构和碳纳米管极为相似的一维纳米材料，氮化硼纳米管与碳纳米管—样具有优良的力学性能，杨氏模量在0.7–0.9TPa范围。在热学性能方面，理论和实验结果都证明氮化硼纳米管的热导率与碳纳米管相当。此外，氮化硼纳米管相比碳纳米管具有更好的热稳定性和化学稳定性，抗氧化温度可高达900℃，远高于碳纳米管(其氧化温度为400–500℃)。发明人通过广泛地研究，意外地发现，虽然氮化硼纳米管的结构和碳纳米管极为相似，但是其增韧氮化硅陶瓷的效果却出人意料地明显优于碳纳米管；基于此，本发明提供了一种氮化硼纳米管增韧氮化硅陶瓷的方法及其制备的产品，以克服碳纳米管增韧氮化硅陶瓷效果不佳的问题。

具体技术方案如下：

本发明首先提供了一种氮化硼纳米管增韧氮化硅陶瓷的方法，包括：

(1)称取原料，基于所述原料的总质量，所述原料包括：88.8-90％的α-氮化硅，0.1-1.2％的氮化硼纳米管，2-8％的氧化铝，2-8％的氧化钆；

(2)将除氮化硼纳米管外的其它原料球磨指定时间后，再将氮化硼纳米管加入继续球磨，将到混合浆料；

(3)将所述混合浆料经干燥、过筛后装入模具中，在惰性气氛中进行热压烧结。

在本发明的一些优选实施方式中，所述原料包括：88.8-89.4％的α-氮化硅，0.6-1.2％的氮化硼纳米管，6％的氧化铝，4％的氧化钆；优选地，所述原料包括：89.2-89.4％的α-氮化硅，0.6-0.8％的氮化硼纳米管，6％的氧化铝，4％的氧化钆。

在本发明的一些优选实施方式中，α-氮化硅的平均粒径为600-800nm，氧化铝的平均粒径为200-400nm，氧化钆的平均粒径为为400nm。