一种高性能氮化硅陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能氮化硅陶瓷材料及其制备方法，所述陶瓷材料按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅84‑90％、碳化硼1.5‑2.8％、金红石4.5‑6.3％、氧化镱0.8‑1.3％、氧化钡3.2‑5.6％；取氮化硅和碳化硼混合，倒入无水乙醇中，超声波分散，加氧化镱和氧化钡超声波分散，加金红石超声波分散，球磨，干燥，过筛，氮气气氛烧结而得。本发明专利技术通过掺入金红石、氧化镱、氧化钡及其他组分，经1460‑1500℃烧结的氮化硅陶瓷材料的努氏硬度为2650‑2950kgf·mm

High performance silicon nitride ceramic material and preparation method thereof

The invention discloses a high performance silicon nitride ceramic material and preparation method thereof, wherein the ceramic materials according to weight percentage is composed of the following raw materials: silicon nitride, boron carbide 84 90% 1.5 2.8% 4.5 6.3%, rutile, ytterbium oxide, barium oxide 0.8 1.3% 3.2 5.6%; the silicon nitride and boron carbide is mixed into ethanol, ultrasonic dispersion, and ytterbium oxide and barium oxide gold Redstone ultrasonic dispersion, ultrasonic dispersion, milling, drying, sieving, sintering and nitrogen atmosphere. The present invention by the incorporation of rutile, ytterbium oxide, barium oxide and other components, the silicon nitride ceramic material 1460 1500 C sintering Knoop hardness of 2650 2950kgf - mm

【技术实现步骤摘要】
一种高性能氮化硅陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料领域，具体是一种高性能氮化硅陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
氮化硅，分子式为Si3N4，相对分子质量140.28；六方晶系，晶体呈六面体；密度3.22，硬度9-9.5，努氏硬度约为2200，显微硬度为32630MPa；抗弯强度为750-800MPa，断裂韧性7-8MPa·m1/2；弹性模量为28420-46060MPa；不溶于水，溶于氢氟酸；熔点1900℃(加压下)，通常在常压下1900℃分解，在空气中开始氧化的温度1300-1400℃；比热容为0.71J/(g·K)，生成热为-751.57kJ/mol；热导率为16.7W/(m·K)；线膨胀系数为2.75×10-6/℃(20-1000℃)；比体积电阻，20℃时为1.4×105Ω·m，500℃时为4×108Ω·m；1285℃时与二氮化二钙反应生成二氮硅化钙，600℃时使过渡金属还原，放出氮氧化物。氮化硅陶瓷材料因其在强度、耐磨、耐腐蚀等性能上的卓越表现，广泛应用于航空航天、机械工业、电子电力、装甲、化工等领域。在以上所述的多种性能中，氮化硅的硬度较其余几种性能还存在不足，因此，如何提高氮化硅的硬度，使其各方面性能达到均衡，从而更加适用于各个领域，是值得研究的一个课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高硬度的高性能氮化硅陶瓷材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高性能氮化硅陶瓷材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅84-90％、碳化硼1.5-2.8％、金红石4.5-6.3％、氧化镱0.8-1.3％、氧化钡3.2-5.6％。作为本专利技术进一步的方案：按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅86.6-88.2％、碳化硼1.9-2.3％、金红石5.1-5.7％、氧化镱1.0-1.2％、氧化钡3.8-4.2％。作为本专利技术进一步的方案：按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅87.3％、碳化硼2.2％、金红石5.4％、氧化镱1.1％、氧化钡4.0％。所述的高性能氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按比例称取氮化硅和碳化硼，混合，倒入其质量之和的1.2-1.4倍量的无水乙醇中，经功率为280-300W、频率为34-36kHz的超声波分散40-45min，得到悬浮液一；(2)按比例往悬浮液一中加入氧化镱和氧化钡，继续以功率为220-240W、频率为28-30kHz的超声波分散5-8min，得到悬浮液二；(3)按比例往悬浮液二中加入金红石，继续以功率为380-420W、频率为25-26kHz的超声波分散25-30min，得到悬浮液三；(4)将悬浮液三和其质量的14-16倍量的氧化锆球装入行星式球磨罐中，以400r/min的速度球磨10-12h，分离出悬浮液三，置于85-95℃的鼓风烘箱中干燥4-6h，过100-120目筛，得到混合原料；(5)将混合原料置于石墨模具中进行氮气气氛烧结，烧结压力为10-14MPa，烧结温度为1460-1500℃，烧结时间为40-50min，得到所述的高性能氮化硅陶瓷材料。作为本专利技术进一步的方案：所述的步骤(1)中，无水乙醇的用量为氮化硅和碳化硼的质量之和的1.3倍量。作为本专利技术进一步的方案：所述的步骤(1)中，经功率为290W、频率为35kHz的超声波分散45min；所述的步骤(2)中，继续以功率为230W、频率为29kHz的超声波分散7min；所述的步骤(3)中，继续以功率为400W、频率为26kHz的超声波分散28min。作为本专利技术进一步的方案：所述的步骤(4)中，氧化锆球的用量为悬浮液三的质量的15倍量，球磨时间为11h，干燥时间为5h。作为本专利技术进一步的方案：所述的步骤(5)中，烧结压力为12MPa，烧结温度为1480℃，烧结时间为45min。所述的高性能氮化硅陶瓷材料在制备耐磨陶瓷方面的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术以氮化硅为主体，通过掺入金红石、氧化镱、氧化钡及其他组分，制得一种高性能的氮化硅陶瓷材料，该氮化硅陶瓷材料的努氏硬度为2650-2950kgf·mm-2，抗弯强度为880-935MPa，断裂韧性为7.9-8.5MPa·m1/2，弹性模量为39780-47340MPa。此外，本专利技术氮化硅陶瓷材料的烧结温度为1460-1500℃，该温度显著低于现有的纯氮化硅的烧结温度，因此，本专利技术节省了能源，有利于材料的广泛应用。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本专利技术实施例中，一种高性能氮化硅陶瓷材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅90％、碳化硼1.5％、金红石4.5％、氧化镱0.8％、氧化钡3.2％。所述的高性能氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按比例称取氮化硅和碳化硼，混合，倒入其质量之和的1.2倍量的无水乙醇中，经功率为280W、频率为34kHz的超声波分散45min，得到悬浮液一；(2)按比例往悬浮液一中加入氧化镱和氧化钡，继续以功率为220W、频率为28kHz的超声波分散8min，得到悬浮液二；(3)按比例往悬浮液二中加入金红石，继续以功率为380W、频率为25kHz的超声波分散30min，得到悬浮液三；(4)将悬浮液三和其质量的14倍量的氧化锆球装入行星式球磨罐中，以400r/min的速度球磨10h，分离出悬浮液三，置于85℃的鼓风烘箱中干燥6h，过100目筛，得到混合原料；(5)将混合原料置于石墨模具中进行氮气气氛烧结，烧结压力为10MPa，烧结温度为1500℃，烧结时间为40min，得到所述的高性能氮化硅陶瓷材料。实施例2本专利技术实施例中，一种高性能氮化硅陶瓷材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅84％、碳化硼2.8％、金红石6.3％、氧化镱1.3％、氧化钡5.6％。所述的高性能氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按比例称取氮化硅和碳化硼，混合，倒入其质量之和的1.4倍量的无水乙醇中，经功率为300W、频率为36kHz的超声波分散40min，得到悬浮液一；(2)按比例往悬浮液一中加入氧化镱和氧化钡，继续以功率为240W、频率为30kHz的超声波分散5min，得到悬浮液二；(3)按比例往悬浮液二中加入金红石，继续以功率为420W、频率为26kHz的超声波分散25min，得到悬浮液三；(4)将悬浮液三和其质量的16倍量的氧化锆球装入行星式球磨罐中，以400r/min的速度球磨12h，分离出悬浮液三，置于95℃的鼓风烘箱中干燥4h，过120目筛，得到混合原料；(5)将混合原料置于石墨模具中进行氮气气氛烧结，烧结压力为14MPa，烧结温度为1460℃，烧结时间为50min，得到所述的高性能氮化硅陶瓷材料。实施例3本专利技术实施例中，一种高性能氮化硅陶瓷材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅88.2％、碳化硼1.9％、金红石5.1％、氧化镱1.0％、氧化钡3.8％。所述的高性能氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能氮化硅陶瓷材料，其特征在于，按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅84‑90％、碳化硼1.5‑2.8％、金红石4.5‑6.3％、氧化镱0.8‑1.3％、氧化钡3.2‑5.6％。

【技术特征摘要】
1.一种高性能氮化硅陶瓷材料，其特征在于，按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅84-90％、碳化硼1.5-2.8％、金红石4.5-6.3％、氧化镱0.8-1.3％、氧化钡3.2-5.6％。2.根据权利要求1所述的高性能氮化硅陶瓷材料，其特征在于，按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅86.6-88.2％、碳化硼1.9-2.3％、金红石5.1-5.7％、氧化镱1.0-1.2％、氧化钡3.8-4.2％。3.根据权利要求2所述的高性能氮化硅陶瓷材料，其特征在于，按照质量百分比计，由以下原料组成：氮化硅87.3％、碳化硼2.2％、金红石5.4％、氧化镱1.1％、氧化钡4.0％。4.根据权利要求1-3任一所述的高性能氮化硅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按比例称取氮化硅和碳化硼，混合，倒入其质量之和的1.2-1.4倍量的无水乙醇中，经功率为280-300W、频率为34-36kHz的超声波分散40-45min，得到悬浮液一；(2)按比例往悬浮液一中加入氧化镱和氧化钡，继续以功率为220-240W、频率为28-30kHz的超声波分散5-8min，得到悬浮液二；(3)按比例往悬浮液二中加入金红石，继续以功率为380-420W、频率为25-26kHz的超声波分散25-30min，得到悬浮液三；(4)将悬浮液三和其质量的14-16倍量的氧化锆球...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：郑州源冉生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41