[发明专利]一种氮化硅特种陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种特种陶瓷材料，尤其是涉及一种氮化硅特种陶瓷材料及其制备方法，按重量百分比计，其原料中氮化硅粉末的含量为87‑94％，助烧剂的含量为6‑13％；其中，所述助烧剂由MgO、Cr₂O₃和MnO组成，且MgO、Cr₂O₃、MnO的质量比为(1‑3)：(2‑4)：(2‑5)。选择合适的助烧剂及冷等静压的压力后，可采用较低的烧结温度和较短的保温时间就可保证陶瓷材料的强韧性、耐蚀性等性能。

技术领域

本发明涉及一种特种陶瓷材料，尤其是涉及一种氮化硅特种陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

氮化硅陶瓷是一种具有高硬度、良好耐磨性、耐蚀性、且综合力学性能优异的特种陶瓷材料。而氮化硅特种陶瓷材料常用于酸碱腐蚀等环境中，并对陶瓷材料的断裂韧性、抗弯强度、耐蚀性有一定的要求，现有氮化硅特种陶瓷材料成本较高，且在严苛的使用环境下性能还存在诸多不足。

目前，为保证氮化硅陶瓷综合力学性能等，制备氮化硅陶瓷材料时，有专利文献1(CN105837226A)中采用的助烧剂为纳米级稀土氧化物或纳米级金属氧化物，为了保证韧性还需额外加入增韧增强助剂等，纳米级稀土氧化物或纳米级金属氧化物及增韧增强助剂成本较高，后续烧结温度也较高，不利于降低成本，而硬度只能达到HRC74，且其断裂韧性达不到令人满意的效果。专利文献2(CN105859301A)虽然利用了镍渣，但得到的氮化硅陶瓷材料抗弯强度变化过大，难以控制产品力学性能，且在腐蚀环境中耐蚀性较差。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一提供一种兼具良好的耐蚀性和力学性能的氮化硅特种陶瓷材料；本发明的目的之二在于提供一种氮化硅特种陶瓷材料的制备方法，以降低成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种氮化硅特种陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比计，其原料中氮化硅粉末的含量为87-94％，助烧剂的含量为6-13％；其中，所述助烧剂由MgO、Cr₂O₃和MnO组成，且MgO、Cr₂O₃、MnO的质量比为(1-3)：(2-4)：(2-5)。

MgO可降低烧结温度，MgO、Cr₂O₃、MnO三者作为助烧剂联合使用，所得氮化硅特种陶瓷材料的强度较仅使用其中一种或两种要高，且α转变为β相的比例也更高，材料的断裂韧性更为优异。

MnO不仅作为助烧剂使用，还能促进部分β-Si₃N₄晶粒的长度与直径的比变大，进而提高氮化硅特种陶瓷材料的断裂韧性。Cr₂O₃不仅作为助烧剂的组成部分使用，还有提高陶瓷材料强度的作用。MgO、Cr₂O₃、MnO还可保证陶瓷材料具有良好的硬度。

优选地，所述氮化硅粉末中α-Si₃N₄相的含量不少于70wt％，进一步不少于75wt％，更进一步的，不少于85wt％，优选地，不少于90wt％。氮化硅粉末中α-Si₃N₄过少，在后续烧结时部分α相转变为β相，α相变少导致β相变少，进而烧结析出的β相不多，可能降低陶瓷的强度。

优选地，所述助烧剂中MgO、Cr₂O₃、MnO的质量比为(1-3)：(2-4)：(2-5)，其中MgO：Cr₂O₃的质量比优选为1：1。MgO：Cr₂O₃的质量比为1：1时，陶瓷材料的强度和断裂韧性相对而言更好。

本发明还涉及一种如上所述的氮化硅特种陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：