氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法
2023-05-02 16:10:06
專利名稱：氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法
氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法本發明涉及一種陶瓷材料技術領域，具體是一種氧化鈰(Ce2O3)作為添加劑無壓燒結生產高性能氮化矽(Si3N4)陶瓷的方法。氮化矽陶瓷具有優異的高溫力學性能，被公認為是最有發展前途的高溫結構陶瓷材料之一。氮化矽作為一種共價鍵化臺物，擴散係數小，沒有熔點，約在2173K分解成氨和矽，難於燒結。通常的氮化矽陶瓷有反應燒結和熱壓燒結，反應燒結緻密度差，力學性能差， 熱壓燒結雖然密度高，力學性能好，但成本較高，難以大規模生產。而無壓燒結介於兩者之間，由於氮化矽陶瓷為共價鍵化合物，無壓燒結困難，提高無壓燒結氮化矽陶瓷的密度成為研究熱點，通常加稀土氧化物作為燒結助劑，如氧化銥。但氧化銥的成本較高，對於氮化矽的應用推廣不利。為此我們選用氧化鈰作為添加劑以改善氮化矽的燒結密度和力學性能。本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種氧化鈰作為添加劑無壓燒結生產高性能氮化矽陶瓷的方法。本發明生產方法簡單，成本低，易實現產業化生產；本發明的氧化鈰作為添加劑無壓燒結生產的氮化矽陶瓷具有密度高，力學性能好的特點。本發明是通過以下技術方案實現的本發明所涉及的氧化鈰作為添加劑無壓燒結生產的氮化矽陶瓷，組分及質量百分比含量為氧化鈰8% 15%，氮化矽85% 92%。所述的氧化鈰粒度5 7微米，氮化矽粒度0. 4 0. 7微米。本發明所涉及的氧化鈰作為添加劑無壓燒結生產的氮化矽陶瓷方法，包括如下步驟步驟一，分別稱取氧化鈰和氮化矽陶瓷粉體，在行星式球磨機中以每分鐘270 330轉混合2小時，分散介質為無水乙醇，隨後在60°C烘乾，時間為2 3小時，得到混合均勻的氧化鈰和氮化矽陶瓷混合粉體；步驟二，將步驟一的混合粉體在75 IOOMpa壓力下成型，形成素坯；步驟三，將步驟二中的素坯在真空碳管爐中在氮氣保護下，在1400 1550°C溫度下保溫12 18小時。步驟四，將步驟三中燒成的氮化矽陶瓷取出，檢測體積密度和力學性能。步驟一中，所述氧化鈰的重量百分比為8% 15%，氮化矽的重量百分比為 85% 92%。步驟一中，所述氮化矽中α-Si3N4含量大於90%。步驟一中，所述氧化鈰中Ce2O3含量大於98%。步驟三中，所述氮氣的壓力為1 2大氣壓。步驟四中，所述力學性能為抗折強度。
本發明中，所述的氧化鈰起到燒結助劑的作用，在1400 1550°C高溫燒結條件下，形成液相，使氮化矽陶瓷緻密化。本發明具有如下的有益效果氮化矽陶瓷緻密程度高，力學性能好，滿足實際使用的需要。該製備方法簡單，成本低，易實現產業化生產。以下結合實施例對本發明作進一步說明。本發明的生產技術對本專業的人來說是容易實施的。本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照製造廠商所建議的條件。實施例氧化鈰為贛州嘉潤新材料有限公司，氮化矽粉為德國Marck公司生產的Mll粉。 按照重量百分比分別稱取8%的氧化鈰和92%的氮化矽粉。將上述兩種粉在行星式球磨機中(南京大學儀器廠QM-3SP2型)混合均勻，轉速 300轉，時間1. 5小時。將混合粉在SOMpa的壓力下成型，將素坯在真空碳管爐中(上海辰榮電爐有限公司ZT-40-20型)1450°C保溫16小時。本實施例得到的氮化矽陶瓷的體積密度為3. 26g/cm3,抗折強度為671Mpa。
權利要求
1.氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法所涉及的氧化鈰作為添加劑無壓燒結生產的氮化矽陶瓷，組分及質量百分比含量為氧化鈰8% 15%，氮化矽85% 92%。所述的氧化鈰粒度5 7微米，氮化矽粒度0. 4 0. 7微米。
2.根據權利要求1所述的氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法所涉及的氧化鈰作為添加劑無壓燒結生產的氮化矽陶瓷方法，包括如下步驟步驟一，分別稱取氧化鈰和氮化矽陶瓷粉體，在行星式球磨機中以每分鐘270 330轉混合2小時，分散介質為無水乙醇，隨後在60°C烘乾，時間為2 3小時，得到混合均勻的氧化鈰和氮化矽陶瓷混合粉體；步驟二，將步驟一的混合粉體在75 IOOMpa壓力下成型，形成素坯；步驟三，將步驟二中的素坯在真空碳管爐中在氮氣保護下，在1400 1550°C溫度下保溫12 18小時。步驟四，將步驟三中燒成的氮化矽陶瓷取出，檢測體積密度和力學性能。
3.根據權利要求2所述的氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法，其特徵在於步驟一中所述氧化鈰的重量百分比為8% 15%，氮化矽的重量百分比為85% 92%。
4.根據權利要求2所述的氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法，其特徵在於步驟一中，所述氮化矽中α-Si3N4含量大於90%。
5.根據權利要求2所述的氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法，其特徵在於步驟一中，所述氧化鈰中Ce2O3含量大於98 %。
6.根據權利要求2所述的氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法，其特徵在於步驟三中，所述氮氣的壓力為1 2大氣壓。
7.根據權利要求2所述的氧化鈰複合氮化矽特種陶瓷的製備方法，其特徵在於步驟四中，所述力學性能為抗折強度。
全文摘要
本發明涉及一種陶瓷材料技術領域，具體是一種氧化鈰(Ce2O3)作為添加劑無壓燒結生產高性能氮化矽(Si3N4)陶瓷的方法。其組分及質量百分比含量為氧化鈰8％～15％，氮化矽85％～92％。目的在於克服現有技術的不足，提供一種氧化鈰作為添加劑無壓燒結生產高性能氮化矽陶瓷的方法，可廣泛用於化工、機械、冶金、航空航天等領域的零部件製備。
文檔編號C04B35/63GK102557652SQ20101062078
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者陳海* 申請人:蘇州中鋯新材料科技有限公司