[发明专利]高断裂韧性自增强氮化硅陶瓷及其制备该陶瓷的方法

权利要求书

1、一种制备断裂韧性大于6MPa(m)并且主要含有高平均纵横尺寸比β-氮化硅晶须的氮化硅陶瓷体的方法，该方法包括：提供一种粉末混合物，该混合物包括：

(a)氮化硅，其数量足以形成陶瓷体；

(b)一种致密化助剂，该致密化助剂为镁的一种非氧化物衍生物，或者是铍、钙、锶、钡、镭、锂、钠、钾、铷、铯、硅、铪、钽、铟、镓、锌、钛或钫的一种源，该致密化助剂的含量足以促进粉末致密化；

(c)一种转化助剂，该转化助剂为铱的一种非氧化物衍生物或者是钪、锕、镧、锂、钠、钾、铷、铯或钫的一种源，该转化助剂的含量足以促使起始氮化硅基本上完全转化成β-氮化硅；

(d)至少一种晶须生长促进化合物，其数量足以促进β-氮化硅晶须的形成，该化合物为钙的一种非氧化物衍生物，或者是钠、钾、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锶、锆、铌、钡以及镧的一种衍生物或其混合物，或者是镓、铟、铪、钽和硼的一种氧化物；(b)、(c)和(d)分别来源于三种不同元素；

控制温度和压力，使其足以致密化并且就地形成平均纵横尺寸比至少为2.5的β-氮化硅晶须，从而制成断裂韧性大于6MPa(m)的氮化硅陶瓷体。

2、按照权利要求1的方法，其中β-氮化硅晶须的纵横尺寸比为2至16，而且其含量至少为20%（体积）（通过扫描电子显微镜观测一氮化硅陶瓷体平片测得）。

3、按照权利要求1的方法，其中氮化硅原料含有不超过10%（重量）的β-氮化硅。

4、按照权利要求1的方法，其中致密化助剂的含量为粉末混合物总量的0.04～27.0%（重量）。

5、按照权利要求4的方法，其中致密化助剂为锶、钙或钠的氧化物。

6、按照权利要求1的方法，其中转化助剂的含量为粉末混合物总量的0.2-29.5%（重量）。

7、按照权利要求1的方法，其中致密化助剂和转化助剂的含量足以使致密化助剂与转化助剂的重量比在0.25到8范围。

8、按照权利要求7的方法，其中重量比为1∶1至1.8∶1。

9、按照权利要求1的方法，其中晶须生长促进化合物的含量为粉末混合物总量的0.01-5%（重量）。

10、按照权利要求1的方法，其中晶须生长促进化合物为钙的一种非氧化物衍生物。

11、按照权利要求1的方法，其中晶须生长促进化合物为选自镓、铟、铪、钽和硼之中的一种元素的一种氧化物。

12、按照权利要求1的方法，其中粉末混合物还包括二氧化硅，其含量为粉末混合物总量的2.3-6%（重量）。

13、按照权利要求1的方法，其中粉末混合物中还包括氮化铝或氮化硼，其含量为粉末混合物总量的0.01-5%（重量）。

14、按照权利要求1的方法，其中粉末混合物还包括Palmqvist韧性促进量的至少一种预制增强材料，该增强材料为晶须或纤维形式的β-氮化硅，或者是晶须、纤维、颗粒或片状物形式的碳化硅、碳化钛，碳化硼，二硼化钛，氧化铝或氧化锆。

15、按照权利要求14的方法，其中氮化硅含量与预制的增强材料数量的总和为粉末混合物总重量的65～99.75%（重量）。

16、按照权利要求1的方法，其中粉末混合物还包括Palmqvist韧性促进量的至少一种预制的、涂覆的增强材料包括氧化镁、氮化铝或莫来石并且它们具有一个碳化硅、碳化钛、碳化硼、二硼化钛、氧化铝或氧化锆的涂层，该涂覆材料的形状为晶须，纤维、颗粒和片状物。

17、按照权利要求16的方法，其中氮化硅与预制的涂覆增强材料的总和为粉末混合物总重的65～99.75%（重量）。

18、按照权利要求1的方法，其中的温度约为1750℃到1870℃。

19、按照权利要求1的方法，其中的压力为3000psig（20.8MPa）到6000psig（41.5MPa）。

20、按照权利要求1的方法，其中氮化硅陶瓷的密度为理论密度的95%以上。