[发明专利]一种基于放电等离子烧结的氮化硅/碳化钛陶瓷材料制备方法

说明书

本发明具体涉及一种基于放电等离子烧结的氮化硅/碳化钛陶瓷材料制备方法。氮化硅基陶瓷材料具有良好的机械性能及稳定性，制备高性能的Sisubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;/SiC陶瓷材料有望在工业领域获得广泛的应用。本发明提供了一种基于放电等离子烧结的Sisubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;/TiC陶瓷材料制备方法，以α‑Sisubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;为基体，TiC为增强相，Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;为烧结助剂，经湿法球磨混料、干燥后进行放电等离子烧结，烧结温度1650‑1750℃，保温时间20‑35min。本发明制备的Sisubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;/TiC陶瓷材料具有良好的烧结致密性，陶瓷材料的抗弯强度、断裂韧性和硬度不低于700MPa，6.1MPa·msupgt;1/2/supgt;，13GPa。

技术领域

本发明属于陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种基于放电等离子烧结的氮化硅/碳化钛(Si₃N₄/TiC)陶瓷材料制备方法、该方法制备得到的Si₃N₄/TiC陶瓷材料及应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

作为目前最流行的超快烧结技术，放电等离子烧结(SPS)多用于制备纳米结构材料、非晶材料、金属间化合物、金属基体以及陶瓷基复合材料。与传统烧结方式相比，放电等离子烧结(SPS)技术具有更快的加热速度，可在更短的烧结时间内达到相同的烧结效果。放电等离子烧结(SPS)制备材料可以快速升温是由于脉冲电流中的直流分量与交流分量的集肤效应，以及加热系统较小的热容量。烧结时，热量大部分由模具内边缘产生，其温度越高，粉体表面的温度就越高。在放电等离子烧结(SPS)中，粉末放置在石墨模具中，在对粉末施加压力的同时，电流通过模具和样品(如果后者为导电材料)来加热粉末坯体，若粉体为非导电材料，电流主要流过模具产生热量。除了因为较低的烧结温度与较短的烧结时间可成功制备晶粒无明显生长的纳米材料之外，SPS工艺因其独特的加热体系，在制备陶瓷材料时具有以下优势：可清洁晶界、可显著增加超塑性、降低晶界偏聚、增强键合质量、改善热电性能以及合金陶瓷的延性改善。

氮化硅基陶瓷材料具有较高的断裂韧性与强度和优异的耐热冲击、耐腐蚀与耐磨性能，在工业领域具有广泛应用。因此，许多研究者把眼光聚焦到如何采用合适的烧结方法制备高性能的Si₃N₄基陶瓷材料。目前烧结氮化硅陶瓷材料常用的烧结方式有以下几种：无压烧结、反应烧结、气压烧结(GPS)、热等静压烧结(HIP)以及热压(HP)烧结。中国专利CN109516814 A公开了一种Si₃N₄/SiC复相陶瓷材料及其制备方法，所述Si₃N₄/SiC复相陶瓷材料是以Si₃N₄和SiC作为原料粉体，以Tm₂O₃和MgO作为烧结助剂，采用热压烧结制备得到。此方法虽然得到了高致密度的Si₃N₄/SiC陶瓷材料，但是其烧结时间较长。

发明内容