[发明专利]一种低成本氮化硅陶瓷的制备方法

说明书

本发明属于氮化硅陶瓷技术领域，涉及一种低成本氮化硅陶瓷的制备方法。提出在一种低成本氮化硅陶瓷的制备方法的具体步骤为：原料的准备：低成本氮化硅陶瓷的原料包括有Si₃N₄粉和烧结助剂；所述Si₃N₄粉与烧结助剂质量比为80～99:1～20；烧结助剂由Li₂O和其他氧化物组成；Li₂O与其他氧化物的摩尔比为0.1～3:0.1～3；按配比称取烧结助剂，进行球磨混合，得到助烧剂混合粉体；将球磨过的混合粉体进行预烧；将预烧后的粉体按配比与Si₃N₄粉进行高能球磨混合；将混合后的粉体进行干燥、喷雾造粒和成型；将成型后的生坯进行空气气氛无压烧结，得到所述的氮化硅陶瓷。本发明大大降低了烧结温度和生产成本。

技术领域

本发明属于氮化硅陶瓷技术领域，涉及一种低成本氮化硅陶瓷的制备方法。

背景技术

氮化硅陶瓷因其“轻如铝,强如钢,硬若金刚石”的力学性能、优异的高温性能和耐腐蚀抗氧化等其他材料不可比拟的优异性能而被称作陶瓷材料中的“全能冠军”，也因此作为我国的战略性材料被广泛应用于汽车发动机零部件、核反应堆支撑、刀具、陶瓷装甲以及航空航天等领域；氮化硅陶瓷的制备技术发展迅速，但由于氮化硅是强共价化合物导致难以固相烧结，只能依靠热压和气压烧结等极高成本的烧结方式，同时烧结温度需求十分高（1700-1900℃）生产设备要求苛刻，助烧剂共熔点高且昂贵，因此限制了其在诸多高技术领域的工业化生产。

关于氮化硅的制备大多利用热压或气压方式进行烧结。例如：“一种致密化氮化硅陶瓷材料的制备办法”（公开号CN103553632A）采用的烧结温度为1750℃～1850℃，烧结温度高导致所需设备及成本也急剧加大。“一种提高氮化硅材料性能一致性的烧结方法”（公开号CN104119079A）利用气压和热压烧结的方式，导致制备成本高、效率低。“一种氮化硅陶瓷及制备方法”（公开号CN105859301A）采用气压烧结方式，烧结温度也达到1800℃，从而导致成本过高。

氮化硅陶瓷由于其成本过高，生产设备要求苛刻的问题，使其工业化生产效率及应用领域大大降低，难以推广到各大行业。因此，研究一种低成本的氮化硅陶瓷制备技术变得极其重要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提出一种低成本氮化硅陶瓷的制备方法。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种低成本氮化硅陶瓷的制备方法，制备方法的具体步骤如下：

1）原料的准备：低成本氮化硅陶瓷的原料包括有Si₃N₄粉和烧结助剂；所述Si₃N₄粉与烧结助剂质量比为80～99:1～20；所述的烧结助剂由不同的氧化物组成，其中一种氧化物为Li₂O；其它氧化物为Al₂O₃、Y₂O₃、ZrO₂、CeO₂、La₂O₃、MgO、Yb₂O₃中的一种或多种；所述Li₂O与其它氧化物的摩尔比为0.1～3 :0.1～3；

2）按配比称取烧结助剂，进行球磨混合，得到助烧剂混合粉体；

3）将球磨过的混合粉体进行预烧；

4）将预烧后的粉体按配比与Si₃N₄粉进行高能球磨混合；

5）将混合后的粉体进行干燥、喷雾造粒和成型；

6）将成型后的生坯进行空气气氛无压烧结，得到所述的氮化硅陶瓷。