[发明专利]硅热还原氧化法制备氮化铪陶瓷粉体的方法

说明书

本发明提供了一种硅热还原氧化法制备氮化铪陶瓷粉体的方法，以成本低的氮化硅和氧化铪作为原料，通过研磨混合‑压制成型‑无压烧结‑破碎筛分等步骤加工而成。在该氮化铪陶瓷粉体体系中，一方面过渡金属元素Hf的价电子浓度和配位数较高，而N的原子半径较小，易形成键长较短、键强较强的共价键，从而具有很高的熔点和硬度，另一方面其化学键中同时具有金属键、离子键和共价键，从而易调控形成多种不同的化学计量比和晶体结构。过渡金属原子向主族原子的电荷转移，使本来空间分布比较局域的d电子受到的电子屏蔽更少，增强了d电子的局域性和相互关联，从而提高了氮化铪陶瓷粉体的韧性。利用本发明可降低氮化铪陶瓷粉体生产成本、改善陶瓷韧性。

技术领域

本发明涉及陶瓷粉料制备技术领域，具体地，涉及一种硅热还原氧化法制备氮化铪陶瓷粉体的方法。

背景技术

超高温陶瓷一般是指熔点大于3000℃的过渡金属碳化物、硼化物、氮化物及其复相陶瓷等，其尹具有高熔点、低密度、高强度、优异的化学稳定性等优点，在航天航空、能源等领域有着广泛的应用。其中过渡金属碳/氮化物超高温陶瓷因其优异的物理内涵和优异的材料性能受到研究者的关注。

目前，氮化铪陶瓷粉体的制备常用的方法之一，即采用行星式球磨机在氮气气氛中直接将铪颗粒氮化，然后通过机械力化学合成氮化铪陶瓷粉体。用金属铪直接氮化生成氮化铪，最大的缺点时，金属铪原料昂贵，氮化铪陶瓷粉体制备成本过高；另一种制备方法是使用氧化铪、叠氮化钠、金属镁为原料在高压条件下反应生成氮化铪，受到反应条件的限制，无法大批量合成。此外，通过以上两种方法制备的氮化铪陶瓷材料纯度不高，导致陶瓷材料具有韧性过低的缺点，满足不了工程可靠性的需求，严重的影响其应用。

因此，研究氮化铪陶瓷粉体制备新工艺，以降低氮化铪陶瓷粉体生产成本、改善陶瓷韧性成为高温陶瓷材料领域内亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种硅热还原氧化法制备氮化铪陶瓷粉体的方法，使用原料成本低的氮化硅和氧化铪在常压且较低温度下能够大批量生产高纯超细纳米级氮化铪粉，降低氮化铪陶瓷粉体生产成本、改善陶瓷韧性。

本发明提供了一种硅热还原氧化法制备氮化铪陶瓷粉体的方法，包括以下步骤：

(1)研磨混合：以一定的配比称取氧化铪粉和氮化硅粉，置于研磨体中，加入适量酒精作为研磨介质，研磨0.5～2h，得到混合物料；

(2)压制成型：将混合物料放入干燥箱中烘干后，加入成型模具中，在10～100MPa压强下保压5～60s，压制形成松散的块状物料；

(3)无压烧结：将压制成形后的块状物料放入垫好石墨纤维毡和石墨纸的坩埚中，然后块状物料上方再铺一层石墨纤维毡，最后置于烧结炉中，在1500～2000℃下进行无压烧结，保温烧结0.5～2h后自然冷却至室温；

(4)破碎筛分：将烧结后的物料进行破碎过筛，得到氮化铪陶瓷粉体。

优选的，所述步骤(1)中氧化铪粉和氮化硅粉的质量比为1：(1～2)。

优选的，所述步骤(1)中酒精加入质量为氧化铪粉和氮化硅粉总质量的4倍。

优选的，所述步骤(1)中的研磨体为玛瑙研钵。

优选的，所述步骤(2)中烘箱温度为80℃，烘干时间为5～15h。

优选的，所述步骤(3)中将烧结炉抽真空、充入保护气体，以6～10℃/min温的速率升温至1800℃～1950℃，保温烧结1～1.5min后自然冷却至室温。

优选的，所述步骤(4)中过200目筛。