含镱的SiAlON及其制备方法技术

一种包括由α’－ＳｉＡｌＯＮ相和β’－ＳｉＡｌＯＮ相构成的两相复合物的ＳｉＡｌＯＮ材料。α’－ＳｉＡｌＯＮ相中含有镱。在所述两相复合物中，α’－ＳｉＡｌＯＮ相的含量为约２５－８５％（重量）。该ＳｉＡｌＯＮ材料还包含一种晶界相。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种含有硅铝的氮氧化物(SiAlON)和镱的陶瓷材料，以及该材料的制备方法。
技术介绍
SiAlON材料的一些用途例如包括各种金属切削用途的刀头和各种磨损用途的磨损部件(例如，泵体的柱塞杆、柱塞球坯、下孔泵止回阀坯、衬套、喷嘴以及其它磨损和冲击用途)。对SiAlON材料加以公开的示例性专利有美国专利4,563,433和美国专利4,711,644。一篇讨论SiAlON材料的文章是Izhevskiy等的“Progress in SiAlON ceramics”(参见Journal of the European Ceramic Society，20(2000)，pp.2275-2295)。SiAlON材料可以含有α主相(或α’相)和β主相(或β’相)，以及一种或多种其它相，例如玻璃相和/或结晶相。α’-SiAlON相的化学式可以是MxSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n，其中，M是Li，Ca，Y或其它镧系元素，x的最大理论值为2，n值的范围是大于0但小于或等于2.0，m值的范围是大于或等于0.9但小于或等于3.5。β’-SiAlON相的化学式可以是Si6-zAlzOzN8-z，其中，0＜z≤4.2。当M为钇时，结晶相可以包括YAG(钇铝石榴石，这是一种式为Y3Al5O12的立方相)；YAM(这是一种式为Y4Al2O9的单斜晶相)；N-YAM(这是一种式为Y4Si2O7N2的单斜晶相)；以及Y-N-α-硅灰石(这是一种式为YSiO2N的单斜晶相)。SiAlON材料可以含有α’-SiAlON相和β’-SiAlON相，并且还含有分布在整个SiAlON基体中的氮化硅粒子。在Mehrotra等的美国专利4,826,791中对这种SiAlON材料进行了公开。其它的陶瓷材料包括α’-SiAlON相、β’-SiAlON相和一种晶界相，其中，该陶瓷任选含有难熔相。该陶瓷材料具有氧和铝含量较高的合金化表面。Mehrotra等的美国专利4,880,755对这种陶瓷材料进行了公开。Mehrotra等的美国专利5,370,716公开了一种包含β’-SiAlON相的高z-SiAlON材料。该β’-SiAlON相的化学式为Si6-zAlzOzN8-z，其中，1＜z＜3。Chen等的美国专利5,908,798公开了一种SiAlON材料，其目标是使用拉长的α’-SiAlON晶粒强化α’-SiAlON相材料。含有镱的实施例制备出一种材料，其仅仅存在α’-SiAlON相，而不含任何β’-SiAlON相。Tien等的美国专利6,124,225的目标是在SiAlON材料中使用钆(Gd)，以制备采用拉长的α’-SiAlON晶粒强化的α’-SiAlON相材料。虽然目前SiAlON刀头具有可接受的性能(例如，硬度，韧性，抗热冲击性)，但是，理想的是提供一种改善的SiAlON材料，其作为刀头应用时，能够表现出改善的金属切削性能，包括硬度、杨氏模量、韧性、导热性和抗热冲击性。对于SiAlON磨损部件也如此。虽然目前SiAlON磨损部件具有可接受的性能(例如，硬度、杨氏模量、韧性、导热性和抗热冲击性)，但是，理想的是提供一种改善的SiAlON材料，其作为磨损部件应用时，能够表现出改善的性能。专利技术简述在本专利技术的一种形式中，本专利技术是一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体。初始氮化硅粉末中低于或等于约5％(重量)的部分包含β-氮化硅。该陶瓷体包含一种由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物。α’-SiAlON相中含有镱。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量为约25-85％(重量)。在本专利技术的另一种形式中，本专利技术是一种包含由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物的陶瓷组合物。α’-SiAlON相中含有镱。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量为约45-85％(重量)。所述组合物还包括一种晶界相。在本专利技术的又一种形式中，本专利技术是一种基本上由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的陶瓷组合物。α’-SiAlON相中含有镱。α’-SiAlON相的含量约占α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的45-85％(重量)。β’-SiAlON相的含量约占α’-SiAlON相与β’-SiAlON相总含量的15-55％(重量)。所述组合物还包括一种晶界相，其中，晶界相包括一种或多种玻璃相和晶界结晶相。在本专利技术的又一种形式中，本专利技术是一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体。初始氮化硅粉末中低于或等于约2％(重量)的部分包含β-氮化硅。该陶瓷烧结体包含一种由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物。α’-SiAlON相中含有镱。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量大于约25％(重量)。所述复合物还包括一种晶界相。在本专利技术的又一种形式中，本专利技术是一种包含由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物的陶瓷组合物。α’-SiAlON相中含有一种或多种选自于镱、铒、铥、钪和镥的元素。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量为约45-85％(重量)。所述组合物还包括一种晶界相。在本专利技术的又一种形式中，本专利技术是一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体，其中，初始氮化硅粉末中低于或等于约2％(重量)的部分包含β-氮化硅。。该陶瓷烧结体包含一种由含镱的α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物。该陶瓷体的组成处于图5中的x-x线的上方。在本专利技术的又一种形式中，本专利技术是一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体，其中，初始氮化硅粉末中低于或等于约5％(重量)的部分包含β-氮化硅。该陶瓷烧结体包含一种由α’-SiAlON相和β’-SiAlON相构成的两相复合物。α’-SiAlON相中含有一种或多种稀土元素，并且，其中，当化合价为+3，配位数为6时，所述每种稀土元素的有效离子半径小于0.900埃。在所述两相复合物中，α’-SiAlON相的含量大于或等于25％(重量)。附图简述下面是对伴随并构成本专利申请的一部分的附图的简要介绍。附图说明图1是刀头的第一个具体实施方案的立体图，其中，刀头上没有涂层；图2是刀头的第二个具体实施方案的立体图，其中，刀头上有涂层，而且，部分涂层被去掉，以使基体暴露出来；图3是含镱的SiAlON材料(此后称为实施例C)显微组织的光学显微照片，其中，光学显微照片的标度代表的视场范围是35mm2；图4是含镱的SiAlON材料(此后称为实施例2)显微组织的光学显微照片，该材料中含有等轴状的α’-SiAlON相晶粒和拉长状的β’-SiAlON相晶粒，其中，光学显微照片的标度代表的视场范围是35mm2；以及图5示出了其中指定的各精选实施例(即实施例5-25和27-29)在SiAlON的三维特性图基面的氮化硅角上的投影，所述特性中，所述基面的四个角包含氮化铝、氧化铝、氧化硅和氮化硅，该六角特性图余下的两个角包含一个与基面的氮化硅和氮化铝角相对并且位于它们上方的氮化镱的角，以及另一个与基面的氧化铝和氧化硅角相对并且位于它们上方的氧化镱角。专利技术详述本专利技术涉及一种陶瓷材料，更具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由包含氮化硅粉末的初始粉末混合物制成的陶瓷烧结体，其中，所述初始氮化硅粉末包含低于或等于约５％（重量）的β－氮化硅，所述该陶瓷体包含： 一种包括α’－ＳｉＡｌＯＮ相和β’－ＳｉＡｌＯＮ相的两相复合物，所述α’－ＳｉＡｌＯＮ相中含有镱；以及 在所述两相复合物中，α’－ＳｉＡｌＯＮ相的含量大于或等于约２５％（重量）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RL耶克雷，
申请(专利权)人：钴碳化钨硬质合金公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]