[发明专利]一种氮化硅陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化硅陶瓷，属于陶瓷制备领域。

背景技术

氮化硅陶瓷具有极高的强度很高且极耐高温，其强度在1200℃的高温不下降，受热后不会熔成融体，同时，其耐化学腐蚀性能优异，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀。

氮化硅陶瓷的烧结工艺一般为三种：热等静压（HIP）、热压（HP）和气氛压力烧结。

热等静压工艺是将制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，制品得以烧结和致密化。热等静压可以直接粉末成型，粉末装入模具，然后使用氮气、氩气作加压介质，使粉末直接加热加压烧结成型的粉末冶金工艺，其烧结的压力为150MPa~200MPa。

热压烧结是将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，压力约为70Mpa，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。该方法具有降低烧结温度，缩短烧结时间，抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品的优点。然而，其烧结压力高，且过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。

气氛烧结是将陶瓷坯体在通入一定气体的炉膛内进行烧结的方法，其烧结压力为5~10MPa。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化硅陶瓷，该氮化硅陶瓷强度高、致密性好、耐高温和耐磨优异，可广泛用于各种对材料强度要求高的领域，尤其适用于制作轴承滚动体。

一种氮化硅陶瓷，所述陶瓷的相对密度为98.8%~99.5%、断裂韧性为8.0MPa·m^1/2~9.2MPa·m^1/2、维氏硬度为20.5GPa~21.5GPa。

本发明所述氮化硅陶瓷优选所述陶瓷的相对密度为99.0%~99.5%、断裂韧性为8.6MPa·m^1/2~9.2MPa·m^1/2、维氏硬度为21GPa~21.5GPa。

本发明所述氮化硅陶瓷优选所述陶瓷的相对密度为99.2%、断裂韧性为8.9MPa·m^1/2、维氏硬度为21.3GPa。

本发明所述氮化硅陶瓷优选按下述方法制备：

①混料：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛；

②球磨：常温下，将经混料的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨6h~10h；

③烧结：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以60~80℃/min的速度升温至1600℃~1650℃，保温0.5h~2h，停止加热后随炉冷却至室温。

其中，步骤①中所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述氮化硅陶瓷的制备方法优选所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述氮化硅陶瓷的制备方法进一步优选所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明的有益效果是：本发明提供一种氮化硅陶瓷，该陶瓷的相对密度为98.8%~99.5%、断裂韧性为8.0MPa·m^1/2~9.2MPa·m^1/2、维氏硬度为20.5GPa~21.5GPa。该氮化硅陶瓷强度高、致密性好、耐高温和耐磨优异，可广泛用于各种对材料强度要求高的领域，尤其适用于制作轴承滚动体。

本发明同时提供一种氮化硅陶瓷的制备方法，包括混料、球磨和烧结的步骤，所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：β-Si₃N₄：80%~95%，Al₂O₃：2%~15%，MgO：1%~12%，Y₂O₃：1%~12%，ZrO₂：1%~12%。该制备方法可以实现在常压下烧结氮化硅陶瓷，同时步骤简单、方便易行。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

①混料：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过200目筛，所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

②球磨：常温下，将经混料的粉料置于球磨机中，于300r/min的速度球磨8h；