[发明专利]一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法和应用，该Sialon陶瓷材料采用氮化硅粉、碳化铝粉、氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉和氧化铈粉制备而得，具有硬度高，耐磨性好，工作温度高和韧性好的特点，能够满足苛刻的服役条件。本发明同时提供了所述材料的制备方法，经混合、球磨处理、凝胶注模成型、干燥处理、烧结即得，制备方法简单易行。本发明提供的高硬度Sialon陶瓷材料可应用于制作钻头方面，制备的钻头工作过程中散热快、冷却效果好，同时硬度高，能够满足苛刻的服役条件，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种高硬度Sialon陶瓷材料及其制备方法应用。

背景技术

传统钻头采用金属陶瓷复合材料制成，但是在钻进的过程中钻头容易磨损，影响使用，且弹性模量较低。金刚石钻头硬度高，切割性能优良，但是造价昂贵，在热稳定性有一定缺陷。因此，必须研发一种综合力学性能更加优良的钻头材料。

Sialon陶瓷具有高强度、抗腐蚀等优异的物理和化学性能，广泛应用于冶金、电子、机械、化工、航空航天等领域。在钻头高速转动工作过程中会产生大量热量，Sialon陶瓷材料抗热震性能好、热膨胀系数低，有利于钻头散热冷却，但是Sialon陶瓷材料的硬度较低，使用其制作的钻头无法满足工作需要。同时在现有Sialon陶瓷制备过程中，由于原材料中的氮化硅不溶于水，无法采用传统的水基凝胶注模成型，只能进行压制成型，容易造成物料分布不均，影响使用性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种高硬度Sialon陶瓷材料，该材料由氮化硅粉、碳化铝粉、氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉和氧化铈粉制备而成，具有硬度高，耐磨性好，工作温度高和韧性好的优点。

本发明要解决的另一技术问题是提供所述高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，将氮化硅粉、碳化铝粉、氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉和氧化铈粉与有机溶剂混合经球磨处理、凝胶注模成型、干燥处理、烧结即得。该制备方法原材料种类少，工艺设计合理，能大规模应用于工业生产。

本发明还要解决的技术问题是提供所述高硬度Sialon陶瓷材料在制作钻头方面的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高硬度Sialon陶瓷材料，所述高硬度Sialon陶瓷材料采用氮化硅粉、碳化铝粉、氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉和氧化铈粉作为原材料与高分子凝胶制备而得，所述氮化硅粉、碳化铝粉、氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉和氧化铈粉质量百分比如下：氮化硅粉为72～78wt％，碳化铝粉为4～6wt％，氮化铝粉为4～6wt％，氧化铝粉为6～7wt％，氧化钇粉为3wt％，氧化铈粉为4～6wt％。

优选地，所述氮化硅粉、碳化铝粉、氮化铝粉、氧化铝粉、氧化钇粉和氧化铈粉所占百分比如下：氮化硅粉为75～78wt％，碳化铝粉为5～6wt％，氮化铝粉为4～6wt％，氧化铝粉为6～7wt％，氧化钇粉为3wt％，氧化铈粉为4～6wt％。

进一步地，所述高分子凝胶以PEG-200、N-甲基吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙酯、交联剂、分散剂、引发剂、催化剂为原材料。

优选地，所述高分子凝胶各原材料的质量百分比如下：PEG-200为7.5wt％、N-甲基吡咯烷酮为50wt％、甲基丙烯酸羟乙酯为29.1wt％、交联剂为4.5wt％、分散剂为7.9wt％、引发剂为0.3wt％、催化剂为0.7wt％。

进一步地，所述交联剂为三丙烯酸丙烷三甲醇酯，所述分散剂为聚乙烯亚胺，所述引发剂为过氧化苯甲酰，所述催化剂为N,N-二甲基苯胺。

进一步地，所述高硬度Sialon陶瓷原材料与高分子凝胶原材料的质量比为1:0.82。

本发明还提供一种上述高硬度Sialon陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：