[发明专利]多孔氮化物陶瓷基体表面制备致密O’-sialon/α-Si3N4复相陶瓷涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷涂层的制备技术领域，具体涉及一种多孔氮化物陶瓷基体表面制备致密O’-sialon/α-Si₃N₄复相陶瓷涂层的方法。

背景技术

多孔氮化物陶瓷可看作氮化物陶瓷与气孔的复合体，兼备了氮化物陶瓷材料与多孔结构的优点，具有密度小、耐高温、耐腐蚀、抗热震、热膨胀系数小，易加工等特点，是一种良好的结构功能一体化材料，可以作为隔热材料，透波材料等。但由于其表面和内部均是多孔结构，且孔洞连通。在使用过程中，很容易吸附空气中水分，从而会增加多孔氮化物陶瓷的热传导率和降低多孔氮化物陶瓷的介电性能；另外，多孔陶瓷基体表面较粗糙，存在大量的气孔，导致其力学性能降低。因此，多孔氮化物陶瓷在某些领域中的应用受到了很大的限制。为了提高多孔氮化物材料的防潮能力和力学性能，同时考虑耐热性和介电性能的需要，在多孔氮化物表面制备一层致密的耐高温陶瓷涂层具有重要的工程价值。

目前，很多陶瓷体系的涂层被应用到多孔氮化物基体表面。如采用CVD法在多孔氮化硅陶瓷表面沉积一层致密的Si₃N₄,SiC,B₄C涂层。沉积后，多孔氮化硅的吸水率降低了95%～99.82%，抗弯强度提高了13.6%～24.4%。而采用CVD法制备涂层，沉积效率低，成本高，而且很难在复杂形状的基体表面进行沉积；采用溶胶-凝胶法在多孔氮化物陶瓷表面制备SiO₂，Li₂O-SiO₂-Al₂O₃系氧化物玻璃陶瓷涂层。但此种方法效率低，工艺过程繁琐，并且涂层与基体的界面不易控制，并且氧化物体系玻璃涂层硬度较低，抗冲蚀的能力较差。采用超音速等离子喷涂方法在多孔氮化硅表面制备Al₂O₃陶瓷涂层，该方法通过Al₂O₃颗粒钉扎在多孔基体中形成良好的结合，涂层致密，可明显降低多孔陶瓷基体的吸水率，提高表面硬度。但是超音速等离子喷涂粒子快速沉积过程是一个非平衡态热力学过程，半熔融状态的粒子沉积后会迅速冷却，这使得涂层内的部分存在较多的非晶相，且涂层内产生较大的残余应力，使涂层表面容易产生微裂纹等缺陷。这将影响涂层的致密性以及涂层的力学性能。并且Al₂O₃涂层的抗热震性较差。

在这些涂层的材料体系中，Si₃N₄/sialon复相陶瓷是比较合适的涂层原料体系。Si₃N₄和sialon的热膨胀系数与多孔氮化物（氮化硅和sialon）相互匹配，并且与多孔氮化物基体具有很好的化学相容性，从而使涂层与多孔氮化物基体具有很好的界面结合。此外，Si₃N₄具有良好的高温性能，sialon具有良好的抗氧化能力，因此，采用Si₃N₄/sialon复相陶瓷作为多孔氮化物基体表面的涂层，能够提高试样的热稳定性和使用寿命。料浆喷涂是一种常用的制备陶瓷涂层的方法。喷涂角度比较灵活，可以在复杂形状的基体表面制备陶瓷涂层。并且，制备工艺简单，成本低，效率高，便于工业化应用。综上所述，采用料浆喷涂工艺在多孔氮化物表面制备出致密的Si₃N₄/sialon复相陶瓷涂层具有明显的实际应用价值。传统上，Si₃N₄/sialon复相陶瓷的制备是将Si₃N₄陶瓷粉体与作为烧结助剂的氧化物粉体直接混合在一起，之后经过高温烧结制备出Si₃N₄/sialon复合材料。但是，采用喷涂工艺制备的陶瓷粉体层堆积密度比较小，因而在烧结过程涂层会发生很大的体积收缩，致使涂层与基体的收缩不匹配。所以，涂层难免会出现开裂，分层，气孔等缺陷，涂层很难达到致密化的目的。

发明内容