[发明专利]一种含高熵氮化物的氮化硅陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于陶瓷技术领域，公开了一种含高熵氮化物的氮化硅陶瓷及其制备方法和应用，所述氮化硅陶瓷是将高熵氮化物粉体、Si₃N₄粉体、烧结助剂Al₂O₃‑Y₂O₃加入乙醇和Si₃N₄球进行球磨混料，干燥后过筛，获得混合粉体；将混合粉体在保护气氛下加以30～100MPa轴向压力，升温至1600～1800℃热压烧结制得。本发明的氮化硅陶瓷具有高硬度、高韧性、高耐磨性，可应用在陶瓷刀具领域。

技术领域

本发明属于结构陶瓷技术领域，具体地，涉及一种含高熵氮化物的氮化硅陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

高熵氮化物是由第Ⅳ族(Ti、Zr、Hf)、第Ⅴ族(V、Nb、Ta)、第Ⅵ族(Cr、Mo、W)过渡金属元素按等摩尔比组成的氮化物。高熵氮化物比过渡金属一元氮化物具有更高的硬度和韧性(参见ScientificReports,2020,10:19874)。Si₃N₄陶瓷具有高硬度、高强度、耐磨损、抗氧化性和良好的抗热冲击与机械冲击性能，Si₃N₄陶瓷被广泛应用于陶瓷刀具领域。Si₃N₄陶瓷作为刀具材料使用时，通常添加TiN作为增强相，提高韧性和耐磨性等。但是，含TiN增强相的Si₃N₄陶瓷刀具在切削高温合金等难加工材料时，切削寿命较短，需要进一步提升氮化硅陶瓷的硬度、韧性和耐磨性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种含高熵氮化物的氮化硅陶瓷。

本发明另一目的在于提供一种上述含高熵氮化物的氮化硅陶瓷的制备方法。

本发明再一目的在于提供一种上述含高熵氮化物的氮化硅陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种含高熵氮化物的氮化硅陶瓷，所述氮化硅陶瓷是将高熵氮化物粉体、Si₃N₄粉体、烧结助剂Al₂O₃-Y₂O₃加入乙醇和Si₃N₄球进行球磨混料，干燥后过筛，获得混合粉体；将混合粉体在保护气氛下加以30～100MPa轴向压力，升温至1600～1800℃热压烧结制得。

优选地，所述的高熵氮化物粉体是由等摩尔比的第Ⅳ族过渡金属元素、第Ⅴ族过度金属元素和第Ⅵ族过渡金属元素中五种以上元素组成的氮化物。

更为优选地，所述第Ⅵ族过渡金属元素为Ti、Zr、Hf；所述第Ⅴ族过渡金属元素为V、Nb、Ta；所述第Ⅵ族过渡金属元素为Cr、Mo、W。

优选地，所述高熵氮化物粉体粒径为0.05～2μm，纯度为97～100wt.％；所述Si₃N₄粉体的粒径为0.1～2μm，纯度为98～100wt.％；所述Al₂O₃粉体的粒径为0.1～2μm，纯度为98～100wt.％；所述Y₂O₃粉体粒径为0.1～2μm，纯度为98～100wt.％。

优选地，所述高熵氮化物粉体、Si₃N₄粉体和Al₂O₃-Y₂O₃的质量比为(1～3):(6～8):1，其中Al₂O₃和Y₂O₃的质量比为(2～3):(2～3)。