[发明专利]氮化硅陶瓷材料及其制备方法和陶瓷模具

说明书

本发明涉及一种氮化硅陶瓷材料及其制备方法和陶瓷模具，其按重量百分比计包括如下组分：氮化硅粉体80％～98％，氮化硅晶须和碳化硅晶须共1％～10％，及稀土氧化物1％～10％。上述氮化硅陶瓷材料，采用上述特定的组分及配比，通过氮化硅晶须和碳化硅晶须和稀土氧化物对氮化硅粉体的共同作用，不仅可以增强材料的抗热冲击性能，还能够提高氮化硅陶瓷材料的抗弯强度以及断裂韧性。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料制备技术领域，特别是涉及一种氮化硅陶瓷材料及其制备方法和陶瓷模具。

背景技术

目前的金属熔液铸造工业中使用的模具一般为砂磨和硬质合金模具，其抗热冲击性差，容易被腐蚀，易带入杂质到到铝液和铜液中去，影响产品质量，脱模效果差。一般地，使用几模或几十模就需要更换模具，故而生产成本居高不下。

氮化硅，化学式为Si₃N₄，为原子晶体，是一种重要的结构陶瓷材料。它是一种超硬材料，本身具有润滑性，并且耐磨损，高温时抗氧化性好，抗冷热冲击性强，在空气中加热1000℃以上，急剧冷却再急剧加热也不会破碎，耐腐蚀，耐酸碱(氢氟酸除外)。氮化硅材料由于具有如此优异的特性，非常适合用作金属熔液加工设备中的铝铸造升液管、辐射管、热电偶保护管等相关配件生产的模具。但目前已有的氮化硅陶瓷材料存在陶瓷脆性的特性，受限于其抗弯强度和断裂韧性，目前氮化硅陶瓷材料还无法应用到对力学冲击要求较高的模具领域。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高抗弯强度和断裂韧性的氮化硅陶瓷材料及其制备方法和陶瓷模具。

一种氮化硅陶瓷材料，按重量百分比计包括如下组分：氮化硅粉体80％～98％，氮化硅晶须和碳化硅晶须共1％～10％，及稀土氧化物1％～10％。

上述氮化硅陶瓷材料，采用上述特定的组分及配比，通过氮化硅晶须和碳化硅晶须和稀土氧化物对氮化硅粉体的共同作用，不仅可以增强材料的抗热冲击性能，还能够提高氮化硅陶瓷材料的抗弯强度以及断裂韧性，故而该氮化硅陶瓷材料可应用于对力学冲击要求较高的模具领域，例如金属熔液加工设备中的相关配件生产的模具。

在其中一个实施例中，所述氮化硅晶须和碳化硅晶须的长径比都为1:(15～30)。

在其中一个实施例中，所述稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镨及氧化钪中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述稀土氧化物的中值粒径为0.8微米～1.0微米。

在其中一个实施例中，所述氮化硅粉体中α相氮化硅的质量含量大于91％，中值粒径为0.6微米～0.8微米。

一种氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

将氮化硅粉体、氮化硅晶须和碳化硅晶须、稀土氧化物混合于有机溶剂制浆，再干燥造粒，得到造粒粉；在所述氮化硅粉体、氮化硅晶须和碳化硅晶须中按重量百分比计，氮化硅粉体为80％～98％，氮化硅晶须和碳化硅晶须共为1％～10％，稀土氧化物为1％～10％；

将造粒粉制成生坯；及

将所述生坯烧结成型。

在其中一个实施例中，所述将造粒粉制成生坯的步骤具体包括如下步骤：

将造粒粉采用双向模压成型至坯体的密度达到(1.6～1.8)g/cm³，再进行等静压压制，得到生坯；

其中，双向模压成型的压力为120MPa～180MPa，等静压压制的压力为180MPa～240MPa。

在其中一个实施例中，所述将所述生坯烧结成型的步骤具体包括如下步骤：