[发明专利]一种表硬心韧高性能Si3N4梯度陶瓷球材料的制备方法

摘要

本发明是一种表硬心韧高性能Si₃N₄梯度陶瓷球材料的制备方法。本发明以Si₃N₄粉为基体原料，心部以β‑Si₃N₄晶种和Al₂O₃‑Re₂O₃为烧结助剂，表层以AlN和Al₂O₃‑Re₂O₃为烧结助剂，Si₃N₄、β‑Si₃N₄晶种和Al₂O₃‑Re₂O₃及Si₃N₄、AlN和Al₂O₃‑Re₂O₃分别按质量分数比经混料、干燥后得到心部为Si₃N₄‑β‑Si₃N₄晶种‑Al₂O₃‑Re₂O₃、表层为Si₃N₄‑AlN‑Al₂O₃‑Re₂O₃的混合粉体；将混合粉体通过成型设备获得梯度球坯体，梯度球坯体通过气压烧结获得表硬心韧高性能Si₃N₄梯度陶瓷球材料。本发明所制备的材料的相对密度高于96％，心部硬度为10～20GPa，断裂韧性为6～14MPa·m^1/2；外部硬度为15～25GPa，断裂韧性为3～10MPa·m^1/2；本发明制备的材料具有更优异的力学性能，具有表硬心韧的高性能。

主权项

1.一种表硬心韧高性能Si3N4梯度陶瓷球材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)以Si3N4粉为基体原料，心部以β‑Si3N4晶种和Al2O3‑Re2O3为烧结助剂，表层以AlN和Al2O3‑Re2O3为烧结助剂，心部按照Si3N4：β‑Si3N4晶种：Al2O3‑Re2O3的质量分数比为98～60％：1～20％：1～20％的配比经混料、干燥后，得到心部为Si3N4‑β‑Si3N4晶种‑Al2O3‑Re2O3的混合粉体，表层按照Si3N4：AlN：Al2O3‑Re2O3的质量分数比为98～60％：1～20％：1～20％的配比经混料、干燥后，得到表层为Si3N4‑AlN‑Al2O3‑Re2O3的混合粉体，其中Re＝Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu中的任一种，所述的Al2O3‑Re2O3中的Al2O3：Re2O3质量分数比为1～99％：99～1％；(2)将Si3N4‑β‑Si3N4晶种‑Al2O3‑Re2O3混合粉体作为陶瓷球心部成分，Si3N4‑AlN‑Al2O3‑Re2O3混合粉体作为陶瓷球表层成分，通过球形模具及冷等静压成型获得梯度球坯体；(3)将梯度球坯体通过气压烧结获得表硬心韧高性能Si3N4梯度陶瓷球材料；上述步骤(1)中，Si3N4粉的纯度为95～100％，粒径为<10μm；β‑Si3N4晶种粉的纯度为99.9％；Al2O3粉的纯度为99.9％；Re2O3粉的纯度为99.9％；AlN粉的纯度为98～100％，粒径为<10μ m ；心部厚度为5～50mm，表层厚度为0.5～10mm。