[发明专利]一种晶须自增韧α-SiAlON陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种晶须自增韧α‑SiAlON陶瓷材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将原料粉末α‑Si₃N₄、Al₂O₃、Y₂O₃和AlN多型体混合并掺胶球磨，经压制、排胶后升温烧结，最终烧结温度为1750℃～1900℃，室温≤T＜1100℃时，采用真空气氛，1100℃≤T＜1700℃时，采用0.1MPa～1MPa的氮气压力，1700℃≤T≤最终烧结温度时，采用2MPa～8MPa的氮气压力，最后随炉冷却至室温，得到晶须自增韧α‑SiAlON陶瓷材料。本发明的晶须自增韧α‑SiAlON陶瓷材料中杂相少，晶须长径比高，力学性能优异，可同时具备优异的抗弯强度、断裂韧性和硬度。

技术领域

本发明属于陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种晶须自增韧α-SiAlON陶瓷材料的制备方法。

背景技术

SiAlON陶瓷是以Si₃N₄为基的Si-Al-O-N系统以及相关系统中的一类固溶体的总称，基本结构单元为（Si，Al）（O，N）四面体。与Si₃N₄不同的是，SiAlON陶瓷在烧结过程中形成的瞬时液相的离子在烧结后期能进入晶格形成SiAlON相，使晶界得到净化，有利于提高材料的高温性能。SiAlON陶瓷是高温合金切削的最具优势的材料，与Si₃N₄陶瓷刀具材料相比，SiAlON陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力与耐磨性能更高，耐热温度高达1300℃以上，具有较好的抗塑性变形能力，其冲击强度接近于涂层硬质合金刀具。

Sialon陶瓷材料应用于刀具材料中最为重要的晶型为α和β两种，α-Sialon具有很高的硬度和良好的热性能，但α-Sialon一般发育成等轴晶粒，断裂韧性较差。β-Sialon陶瓷大多表现为高长径比晶须状晶粒，其表现了极高的强韧性，但其硬度偏低，耐磨性不够。如果颗粒状α-Sialon能转变为晶须状，则可获得高硬度，同时具有高韧性的刀具材料。

相关文献表明，传统的制备α-Sialon陶瓷的原料主要是α-Si₃N₄、Al₂O₃、Y₂O₃与AlN等粉末，按分子式Y_m/3Si_12-(m+n)Al_m+nO_nN_16-n称量原料粉末配比，然后烧结制备，生成的为等轴晶粒，其硬度较高（维氏硬度为1800～2000），但断裂韧性差（维氏硬度4～7MPa·m^1/2），抗弯强度低（300～600MPa）。

目前，有人通过在传统制备α-Sialon陶瓷的原料中添加相关助剂，诱导α-Sialon晶粒转变为晶须，如公告号为CN100400468C的中国专利文献公开了α-塞隆复合陶瓷材料及制备方法，它通过添加BaAl₂SiO₈(BAS，钡长石）为烧结助剂，获得自韧化α-Sialon/BAS复合材料。从该专利文献内容及附图中可以看出，该复合材料含有较多杂相BaAl₂SiO₈，α-Sialon晶须长径比低，抗弯强度不高，不利于在切削刀具上使用。

另有人在传统制备α-Sialon陶瓷的原料添加复合稀土离子，诱导α-Sialon晶须生长，如公开号为CN101269970A的中国专利文献公开了掺杂复合稀土的α-Sialon陶瓷及其制备方法，从该专利文献内容及附图中可以看出，其主相为α-Sialon，但晶须长径比低，断裂韧性低（约为5.3MPa·m^1/2）。