[发明专利]一种采用溶胶凝胶法制备O’/β-Sialon两相陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，涉及一种通过溶胶凝胶法合成Al₂O₃-Si复合粉在较低温度下制备O’/β-Sialon两相陶瓷的方法。

背景技术

Sialon陶瓷是Si₃N₄和Al₂O₃的固溶体，它既保留了Si₃N₄的优良性质，并且比Si₃N₄易烧结，同时由于自身密度低、耐热性能良好、抗腐蚀、使用寿命长、优异的介电性能使其作为一种高温结构材料，具有很大的应用前景；在热、光、声、电、化学、生物等各方面具有卓越的功能，在某些方面甚至超过了现代优质合金或其他高分子材料，可广泛应用于冶金、电子、化工、航空航天等行业。

Sialon陶瓷材料除了用于切削刀具、机械密封圈、轴承、热交换器和热发动机部件等领域外，与其他材料的复合进一步扩宽其应用领域。近年来，为了进一步改进Sialon陶瓷的性能，人们对Sialon陶瓷进行了更为深入的研究，包括各种单相Sialon或多种Sialon间复相的研究，以及各种增强的材料在Sialon基体中的成功引入，比如α-β-SiAlON/TiCN复合材料，在电热塞及加热器等方面具有重要用途。另外，通过固相合成法成功合成可以应用于白色-发光二极管的Sialon：Eu²⁺绿色荧光粉，并且应用它制备了白色-发光二极管，与硅酸盐荧光粉相比，在高驱动电流下展现出稳定的光学稳定性。Sialon还可制成透明陶瓷，用作大功率高压钠灯灯管，高温红外测温仪窗口；利用Sialon陶瓷与生物体的良好亲和性，还可以用作人工关节等。

作为工程陶瓷的各种Sialon陶瓷中：β-Sialon最稳定的晶相，具有较高的韧性、强度和热导率；而O’-Sialon则相对于前者具有更好的抗氧化性能，因此将两者优异性能集于一体，对O’-Sialon/β-Sialon复相陶瓷的研究具有重要意义。

已经公布的研究结果表明，O’-Sialon在较低温度范围内合成，而β-Sialon合成温度较高，通常在1600°C以上生成，合成方法多涉及微波等离子体烧结、热等静压烧结、热压烧结等，成本较高。W.Y.Sun等在Journal of the European Ceramtc Society，1989卷发表了，“(O’+β)-Sialon陶瓷复合材料相分布研究”的文章，他们通过无压烧结Si₃N₄、Al₂O₃和SiO₂为原料制备(o'-β)-Sialon复合陶瓷。研究表明：O’-Sialon大约在1400°C形成，其含量随着温度上升至1600°C而增加。β-Sialon形成并迅速增加是因为消耗未反应的α-Si₃N₄和O’相。较高温度下(1700°C以上)，O’/β的比率依赖于铝的浓度。初始材料中Al₂O₃越多，则(O’+β)-陶瓷中的O’相的量越少。在1700°C以上，由于液相的形成并溶解O’相导致O’-Sialon相含量减少，当冷却时，产生β-Sialon，因此富氧化铝的(O’+β)-复合材料中，O’-Sialon在高温下是不稳定的。

S.ASADA于1993年在Journal of Materials Science发表的论文中，以Si₃N₄、Al₂O₃和SiO₂为原料，Y₂O₃作为烧结助剂，采用热压烧结合成了O’-Sialon/β-Sialon复相陶瓷，研究发现，O’-Sialon的形成温度在1550°C到1600°C之间，在1700°C以上β相生成。O’-β-Sialon的机械性能随着β相的增加而提高，O’相对其贡献不大，当O’相形成所必需的SiO₂全部被包括在晶界相时，O’-β-Sialon的三点弯曲强度为1400MPa。此外，O’-β-Sialon的抗氧化能力由于O’相的存在有望改善，但是实际上由于晶界相和杂质的存在此性能不是很好。

发明内容