[发明专利]一种超声波辅助振荡压力烧结氮化硅陶瓷的方法

摘要

本发明公开了一种超声波辅助振荡压力烧结氮化硅陶瓷的方法，其包括有以下工艺步骤：a、于氮化硅粉体中加入氧化铝粉体、氧化钇粉体，搅拌混合后获得氮化硅混合粉体；b、氮化硅陶瓷坯件借助油压机并辅助超声波进行压制；c、将氮化硅陶瓷坯件装入至烧结炉内的石墨模具内；d、超声波辅助预压并加热升温；e、施加振荡压力耦合并辅助超声波；f、降温并泄压；g、随炉自然冷却。通过上述工艺步骤设计，本发明能够有效地生产制备氮化硅陶瓷，且通过施加振荡压力并辅助超声波的方式可以有效抑制晶粒生长并将晶粒尺寸控制在较窄的尺寸区间内，还能够有效促进晶界处闭气孔的排出，且所制备而成的氮化硅陶瓷致密度高、硬度高、强度高。

主权项

1.一种超声波辅助振荡压力烧结氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，包括有以下工艺步骤，具体的：a、于氮化硅粉体中加入氧化铝粉体、氧化钇粉体，并将由氮化硅粉体、氧化铝粉体、氧化钇粉体所组成的氮化硅混合粉体置于混合机中进行搅拌混合；氮化硅混合粉体中各组分的重量份依次为：氮化硅粉体86.19%、氧化铝粉体3.07%、氧化钇粉体8.34%；b、待氮化硅混合粉体于混合机中搅拌混合均匀后，将氮化硅混合粉体倒入至压制模具中，且将压制模具移送至油压机的工作台，而后启动油压机并通过油压机施加0.5-0.8吨的压力作用于压制模具的凸模；其中，压制模具的凸模连接于超声波换能器，在油压机施压于压制模具的凸模过程中，超声波发生器输出20KHz频率的超声波至超声波换能器；c、待氮化硅陶瓷坯件压制成型完毕后，将氮化硅陶瓷坯件装入至烧结炉内的石墨模具内，而后关闭烧结炉的炉盖并通过真空泵先对烧结炉的内腔进行抽真空处理，抽真空完毕后往烧结炉的内腔充入保护气体；d、通过压头对氮化硅陶瓷坯件施加为恒定压力的预压力，预压力的压力值为30MPa，同时启动烧结炉的加热装置进行加热，缓慢升温且升温速率100℃/h；其中，压头与超声波换能器连接，在预压力作用于氮化硅陶瓷坯件过程中，超声波发生器输出20KHz频率的超声波至超声波换能器；e、当烧结炉内腔的温度值达到1780℃时，在保持压头对氮化硅陶瓷坯件的压力为30MPa的情况下，对压头施加振荡压力，该振荡压力与上述30MPa耦合并共同作用于氮化硅陶瓷坯件，耦合后的振荡压力变化范围为27.5MPa-32.5MPa，同时超声波发生器输出40KHz频率的超声波至超声波换能器；在施加振荡压力的过程中，进行保温且保温时间为60min；f、待保温结束后，烧结炉内腔开始以200℃/min的降温速率进行降温，直至降温到900℃，同时缓慢卸去压头对氮化硅陶瓷的压力；g、当烧结炉的内腔降温至900℃时，将氮化硅陶瓷保持与烧结炉的内腔并随炉自然冷却到室温。