The invention discloses a method for preparing Si3N4 gradient material by self diffusion. The invention takes the powder of Si3N4 and MO2 (M = Ti, Zr, Hf) as raw material, uses MgO Re2O3 as the sintering aids, and gets the mixed powder after mixing and drying. After cold isostatic pressing, the mixed powder is buried in the sintering furnace and finally gets the Si3N4 gradient material. The Si3N4 material obtained by this method is a layer gradient MN layer. As a kind of high hardness, wear-resistant and conductive phase, MN can also improve the surface hardness and wear resistance of Si3N4 ceramics, and the surface can be directly coated on its surface, and the relative density is higher than 95%, the surface hardness is 18 to 25GPa and the fracture toughness is 10 ~ 14MPa. M
【技术实现步骤摘要】
一种通过自扩散制备Si3N4梯度材料的方法
本专利技术涉及非氧化物陶瓷基复合材料
,特别涉及一种通过自扩散制备Si3N4梯度材料的方法。
技术介绍
Si3N4陶瓷材料作为一种结构材料,具有优异的力学性能,例如高硬度、高强、耐磨、耐高温等优异性能,可广泛应用于轴承、高速切削刀具、装甲等方面,但在极高温以及高速切削等恶劣条件下仍然容易磨损,寿命有限,所以需要对表面进一步增强,加强其使用可靠性,对于Si3N4陶瓷通常可进行制备梯度材料,或者对其进行PVD、CVD涂层处理。目前梯度材料的制备主要是通过将不同配方或不同原料的材料烧结为一体,实现表层与硬度具有不同的性能,但是由于表层与芯部材料在成分、结构上的差别,使得两者的结合力较弱,有的甚至在烧结过程中都会出现表层与芯部的脱离,这极大地弱化了梯度材料的应用;同样地,对于不导电材料运用PVD、CVD技术时,需要对改材料表面覆盖一层导电层,再对其进行涂层处理,然而在基体与导电层之间仍然存在结合力不足的问题,并且PVD、CVD技术往往还存在涂层太薄防护效果不佳这一缺陷。基于以上应用背景,急需寻求一种方法实现梯度材料的制备,并且梯度层不仅厚度可调而且之间具有较强的结合力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种通过自扩散制备SiN4梯度材料的方法。该方法简单,得到的梯度材料,表层和内里结合紧密。本专利技术中,通过MO2(TiO2,ZrO2,HfO2)往表面扩散,并且扩散后MO2的量从外到里逐渐减少,扩散的MO2再与Si3N4进行反应,得到梯度MN结构。本专利技术的目的通过下述技术方案实现。一 ...
【技术保护点】
一种通过自扩散制备Si3N4梯度材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)以Si3N4和MO2,M=Ti,Zr,Hf粉为原料,以MgO‑Re2O3为烧结助剂,经混料、干燥后,得到Si3N4‑MO2‑MgO‑Re2O3混合粉体;(2)将Si3N4‑MO2‑MgO‑Re2O3混合粉体通过冷等静压成型获得坯体;将坯体埋在Si3N4粉中,并进行后续两步烧结,整个过程烧结气氛为氮气,最后得到具有MN梯度的Si3N4陶瓷。
【技术特征摘要】
1.一种通过自扩散制备Si3N4梯度材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)以Si3N4和MO2,M=Ti,Zr,Hf粉为原料,以MgO-Re2O3为烧结助剂,经混料、干燥后,得到Si3N4-MO2-MgO-Re2O3混合粉体;(2)将Si3N4-MO2-MgO-Re2O3混合粉体通过冷等静压成型获得坯体;将坯体埋在Si3N4粉中,并进行后续两步烧结,整个过程烧结气氛为氮气,最后得到具有MN梯度的Si3N4陶瓷。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,Re为Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb或Lu中任一种。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,以Si3N4、MO2和MgO-Re2O3的总质量为100%计,Si3N4的质量百分比为50~75%,MO2质量百分比为20~40%,MgO-Re2O3的质量百分比为5~30%;MgO-Re2O3中的MgO和Re2O3质量比为1:5~5:1。4.根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,以Si3N4、MO2和MgO-Re2O3的总质量为100%计,Si3N4的质量百分比为60~72%,MO2质量百分比为20~40%,MgO-Re2O3的质量百分比为8~20%;MgO-Re2O3中的MgO和Re2O3质量比为1:1~3:1。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,...
【专利技术属性】
技术研发人员:郭伟明,吴利翔,牛文彬,林华泰,
申请(专利权)人:广东工业大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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