[发明专利]赛隆复相陶瓷及制备方法

说明书

本发明涉及的足一种无压及高氮压烧结工艺制备的具有优良高温力学性能的高强度，高硬度赛隆(Sialon)复相陶瓷，属于氮化硅基材料领域。

Sialon是Si₃N₄的固溶体，是由K.H.Jack等人在1972年首先提出的，Si₃N₄有α-Si₃N₄及β-Si₃N₄两种变型体，与它们同结构的固溶体分别称为α-Sialon和β-Sialon，与Si₃N₄一样，这些固溶体的晶粒形貌和性能各有特色，各有千秋。例如：α赛隆具有高硬度和优良的抗热震性，β赛隆具有高的强度和高的断裂韧性，将α赛隆和β赛隆组成的Sialon复相陶瓷可将两者取长补短而形成兼有高硬度，而又有高强度(尤其是高温下强度)的Sialon复相陶瓷，一直是陶瓷工作者为之追求的目的。

然而，由于Si₃N₄材料是共价键很强的材料，从而导致难以烧结致密化，往往在烧结过程中加入金属氧化物如La₂O₃、Y₂O₃、Al₂O₃作为添加剂，并通过液相烧结的途径使陶瓷致密化。可惜的是，在冷却过程中液相以玻璃相的形式存在于陶瓷的晶界中，玻璃相软化点较低影响了陶瓷的高温力学性能从而限制了应用范围。

本发明的目的在于应用已有的Y、Si、Al、O、N五元系统相关系知识，寻找出具有良好烧结性能的组份区域，用无压及高氮压烧结工艺制备出性能优良的赛隆复相陶瓷。

本发明的目的是通过以高熔点YAG(Y₃Al₅O₁₂)为晶界相，利用α赛隆和β赛隆分别具有高硬度和高强度的优点以无压及高氮压技术制备的Sialon复相陶瓷实施的。

具体地说：

(1)以α赛隆的通式Y_m/3Si_12-(m+n)Al_m+nO_nN_16-n中的m、n值作为设计赛隆复相陶瓷主晶相α赛隆和β赛隆含量的主要参数，当m=0.3，n=1.0获得α赛隆：β赛隆比例等于50∶50，波动范围为40∶60。

(2)α赛隆和β赛隆复相陶瓷的烧结性取决于原始组份中YAG(Y₃Al₅O₁₂)的含量，本发明控制YAG的含量为主晶相重量的9％，YAG为晶界相。

(3)原始粉末Si₃N₄是日本宇部新产公司生产的UBE-10，AlN，Al₂O₃，Y₂O₃的纯度为99.9％，平均晶粒尺寸1-2μm。按上述(1)、(2)组成配比称量后，在Al₂O₃球磨筒中以无水乙醇为分散介质，Si₃N₄球为球磨介质混合24小时，取出浆料烘干后，经75目筛网过筛，在20MPa单轴压力下成型后经200MPa冷等静压制成素坯。

(4)素坯在1800℃1大气压N₂气流下无压烧结，保温2小时，无压烧结埋粉为Si₃N₄∶A1N∶BN=6∶3∶1(wt％)或在无压烧结后再在1.5MPa高氮压下于1900-2000℃温度下保温1.5-3.0小时烧结。

(5)烧成试样均在1350℃通N₂条件下热处理24小时晶化处理。

本发明的优点是：

(1)主晶相中α赛隆∶β赛隆=50∶50，波动范围为40∶60，烧结的复相陶瓷兼有高强度和高硬度。

(2)由于以高熔点YAG为晶界相，所以材料还具有优良的高温力学性能(详见实施例1-5)。

 (3)可以在无压及高氮压工艺条件下得到致密的Sialon复相陶瓷，有利于工业化生产。

实施例1