[发明专利]一种金属硅化物与金属复合增强的氮化硅烧结体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金属硅化物与金属复合增强的氮化硅烧结体及其制备方法，所述氮化硅烧结体包含氮化硅相和晶界相，所述晶界相包含金属硅化物和金属，其中金属硅化物与金属至少部分以相邻或/和相互包裹的形式存在，所述金属硅化物和金属的总质量占氮化硅烧结体总质量的0.5～40wt%；所述金属硅化物为Fe、Mn、Ni、Co、Cr的硅化物中的至少一种；所述金属为W、Re和含有W或/和Re的合金中的至少一种。

技术领域

本发明涉及一种氮化硅烧结体及其制备方法，具体涉及一种金属硅化物与金属复合增强的氮化硅烧结体及其制备方法，属于材料领域。

背景技术

氮化硅以高强度、高韧性、高抗热震等性能被广泛应用于机械、冶金、航空等领域。其性能取决于氮化硅的致密度、晶粒尺寸分布及长径比、晶界相的性质等。

铁(Fe)、锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)等的硅化物具有较低的熔点，在烧结过程中能够促进氮化硅传质，加速致密化，增加晶粒长径比，利于氮化硅质体力学性能的提高。然而，这些硅化物本身往往具有比较高的热膨胀系数，在氮化硅质体烧结后冷却过程中容易因收缩过大产生裂纹，而且其拥有比较低的弹性模量，容易造成应力集中，微裂纹和应力集中容易造成氮化硅的强度下降，过高的热膨胀系数也不利于氮化硅烧结体的抗热震性提高。

金属钨(W)、铼(Re)及其合金具有低热膨胀系数、极高的熔点、较高的弹性模量、高温延性断裂等特点，将其单独加入到氮化硅烧结体中在一定范围内可以提高氮化硅烧结体的常温和高温力学性能。然而，W、Re及其合金与氮化硅之间润湿性较差，界面结合不强，容易引起强度降低。由于其较低的热膨胀系数，产生的热失配应力过低也不利于界面处韧性的提高，且添加量过多后烧结性能差，不利于样品的致密化。

发明内容

针对上述问题，本发明首次结合Fe、Mn、Ni、Co、Cr等的硅化物与金属W、Re及其合金的优点，其目的在于提供一种具有良好的抗弯强度、断裂韧性、抗热震性以及高温性能的氮化硅烧结体及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种氮化硅烧结体，所述氮化硅烧结体包含氮化硅相和晶界相，所述晶界相包含金属硅化物和金属，其中金属硅化物与金属至少部分以相邻或/和相互包裹的形式存在，所述金属硅化物和金属的总质量占氮化硅烧结体总质量的0.5～40wt％；所述金属硅化物为Fe、Mn、Ni、Co、Cr的硅化物中的至少一种；所述金属为W、Re和含有W或/和Re的合金中的至少一种。

本发明氮化硅烧结体包含氮化硅相和晶界相，所述晶界相包含金属硅化物和金属，其中通过金属硅化物相邻或包裹金属的形式的存在，金属硅化物(Fe、Mn、Ni、Co、Cr等的硅化物)能够有效促进烧结过程的传质作用，改善氮化硅的形貌，而金属(例如，W、Re及其合金)具有低热膨胀系数、极高的熔点、较高的弹性模量、高温延性断裂等特点，对于金属硅化物的高热膨胀系数、低弹性模量起到很好地调节作用，对于应力集中效应以及热失配应力得到有效的控制。此外，W、Re及其合金本身的高熔点以及高温延性断裂能够有效提高烧结体的高温性能。本发明人创造性的发现，仅有金属钨或铼既能满足所需性能，也能实现制备，因此选用金属钨、金属铼、钨铼合金、以及主要成分为前三者之一的合金。

较佳地，所述金属中W和Re的成分之和占金属总体积的60％以上。

较佳地，所述含有W或/和Re的合金为钨铼合金、钨掺铪合金、钨掺二氧化钍中的至少一种。

较佳地，所述金属硅化物与金属至少30wt％以相邻或/和相互包裹的形式存在。主要含义是，以相邻或/和相互包裹的形式存在的金属硅化物与金属的质量，不低于金属硅化物与金属总质量的30wt％。

较佳地，所述金属硅化物与金属形成的相邻相和/或相互包裹相的直径为0.2～200μm。

较佳地，所述金属硅化物和金属的质量比为1:15～10:1，优选为1:10～5:1。