[发明专利]一种高性能氮化硅基复合陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能氮化硅基复合陶瓷的制备方法，该方法包括以下步骤：⑴按质量百分比计，将70~95%的α‑Si₃N₄粉末和5~30%的Ti₃AlC₂乙醇溶液混合后，在加热条件下经磁力搅拌，直至乙醇完全蒸干，即得混合粉末；⑵所述混合粉末压碎过100目筛后装入钢模具中进行预压，得到预压样；⑶所述预压样装入石墨模具中进行放电等离子烧结，然后随炉冷却，即得Si₃N₄基复合陶瓷。本发明制备工艺简单可控、生产效率高、粉末无需特殊处理，适用于批量生产。所制备的高性能氮化硅基复合陶瓷在室温至900℃表现出优异的摩擦学性能，从而延长了陶瓷部件在高温环境中的使用寿命。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种高性能氮化硅基复合陶瓷的制备方法。

背景技术

当今世界，材料工业的发展与人类的生活息息相关，决定着一个国家国防工业的攀爬高度，所谓“一代材料，一层高度”就是航空航天领域的真实写照。一般情况下，工程材料可以被大致地划分为金属、陶瓷以及聚合物。其中，与金属和聚合物相比，陶瓷具有高硬度、高强度、化学性能稳定、耐磨损、耐腐蚀等一系列优异性能，从而被广泛地应用于轨道交通、船舶运输、生物能源以及电子通信等领域。在众多的陶瓷体系中，Si₃N₄陶瓷更被认为是最具有发展前景的结构陶瓷之一，这主要归结于其低的热膨胀系数和高的导热系数。然而，取决于Si-N共价键的方向性和饱和性，Si₃N₄表现出很少的晶界滑移和位错，这就导致了Si₃N₄对缺陷的敏感性以及自身固有的脆性。除此之外，差的韧性会进一步导致Si₃N₄差的摩擦学性能，特别是在高温条件下，热气的冲刷以及热应力的存在会降低陶瓷的硬度和强度，这使得Si₃N₄在摩擦过程中易于被切削移除，从而在滑动表面形成大量的犁沟。基于上述的问题，如何制备高性能的Si₃N₄陶瓷，使其拥有优异的高温机械和摩擦学性能就变的十分重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单可控、生产效率高的高性能氮化硅基复合陶瓷的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种高性能氮化硅基复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

⑴按质量百分比计，将70~95%的α-Si₃N₄粉末和5~30%的Ti₃AlC₂乙醇溶液混合后，在加热条件下经磁力搅拌，直至乙醇完全蒸干，即得混合粉末；

⑵所述混合粉末压碎过100目筛后装入钢模具中进行预压，得到预压样；

⑶所述预压样装入石墨模具中进行放电等离子烧结，然后随炉冷却，即得Si₃N₄基复合陶瓷。

所述步骤⑴中α-Si₃N₄粉末的粒度为0.5~1.5µm，纯度大于99%。

所述步骤⑴中Ti₃AlC₂乙醇溶液是指将10 g的Ti₃AlC₂粉末加入到200mL的无水乙醇中，常温下混合均匀所得的溶液；所述Ti₃AlC₂粉末的粒度为50~100 µm，纯度大于99%。

所述步骤⑴中加热温度为90℃。

所述步骤⑴中磁力搅拌的速率为500~1000rmp，时间为5~8h。

所述步骤⑵中预压的条件是指压力为80~120MPa，保压时间为30~60s。