The invention belongs to the field of non-oxide based ceramic materials, and discloses a symmetrical and continuously changing surface hard toughness Si3N4 gradient ceramic, its preparation method and application. The ceramics were prepared by mixing Si3N4 powder and sintering additive Al2O3 Re2O3, and the Si3N4 Al2O3 Re2O3 powder was sintered by spark plasma. The relative density of the ceramics is 96-99%. The ceramics include the marginal and central phases, the content of the marginal phases is 30-70 wt., the hardness is 19-22 GPa and the fracture toughness is 3-5 MPa.m.
【技术实现步骤摘要】
一种对称且连续变化的表硬心韧氮化硅梯度陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术属于非氧化物基陶瓷材料
,更具体地,涉及一种对称且连续变化的表硬心韧氮化硅(Si3N4)梯度陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
氮化硅(Si3N4)陶瓷在结构陶瓷中占有重要的地位,具有高的强度、高硬度和高断裂韧性,良好的热稳定性、抗氧化性及化学稳定性等,广泛应用于燃气发动机的耐高温部件、化学工业中的耐腐蚀耐磨零件、高速切削刀具以及陶瓷轴承等。目前,有关Si3N4梯度陶瓷的研究已有很多,但大多集中在分层系统设计上,即通过改变层间配方或烧结温度而获得梯度结构。例如,Hadad等人通过改变层间TiN的含量制备了Si3N4-TiN复合梯度陶瓷材料,但由于Si3N4与TiN热膨胀系数不同而导致在界面处形成残余应力。Yu等人通过两步热压烧结法即改变心部和表层烧结温度而实现表硬心韧Si3N4基梯度陶瓷材料的制备,同时也通过热压与放电等离子烧结结合法即改变心部和表层烧结方式而实现表硬心韧Si3N4基梯度陶瓷材料的制备,但以上两种制备方法工艺复杂,成本较高。此外,Belmonte等人也通过对放电等离子烧结模具进行设计以实现连续变化的Si3N4梯度陶瓷的制备,但其性能不对称使应用范围受到限制。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点,本专利技术目的在于提供一种对称且连续变化的表硬心韧Si3N4梯度陶瓷。本专利技术的另一目的在于提供上述对称且连续变化的表硬心韧Si3N4梯度陶瓷的制备方法。该方法通过低压放电等离子烧结的方法实现对称且连续变化的表硬心韧Si3N4梯度陶瓷的制备。本专利技术的再一目 ...
【技术保护点】
1.一种对称型且连续变化的表硬心韧氮化硅梯度陶瓷,其特征在于,所述Si3N4梯度陶是将Si3N4粉和烧结助剂Al2O3‑Re2O3混合,得到Si3N4‑Al2O3‑Re2O3的混合粉体,再将Si3N4‑Al2O3‑Re2O3混合粉体通过放电等离子烧结制得。
【技术特征摘要】
1.一种对称型且连续变化的表硬心韧氮化硅梯度陶瓷,其特征在于,所述Si3N4梯度陶是将Si3N4粉和烧结助剂Al2O3-Re2O3混合,得到Si3N4-Al2O3-Re2O3的混合粉体,再将Si3N4-Al2O3-Re2O3混合粉体通过放电等离子烧结制得。2.根据权利要求1所述的对称型且连续变化的表硬心韧氮化硅梯度陶瓷,其特征在于,所述Si3N4:Al2O3-Re2O3的质量比为(45~47):(3~5);所述Al2O3-Re2O3中Al2O3:Re2O3的质量比为(1~99):(1~99)。3.根据权利要求1所述的对称型且连续变化的表硬心韧氮化硅梯度陶瓷,其特征在于,所述中Re2O3中Re为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu。4.根据权利要求1所述的对称型且连续变化的表硬心韧氮化硅梯度陶瓷,其特征在于,所述放电等离子烧结的具体方法为:在轴向压力为5~30MPa,1atm的流动氮气的条件下,以130~160℃/min的速率升温至1200~1600℃,然后再以90~110℃/min的速率升温至1600~1900℃,并保温1~10min。5.根据权利要求1~4任一项所述的对称型且连续变化的表硬心韧氮化硅梯度陶瓷的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:S1.将Si3N4粉和烧结助剂Al2O3-Re2O3混料,以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,经球磨混合,干燥后得到Si3N4-Al2O3-Re2O3的混合粉体;S2.将Si3N4-Al2O3-Re2O3混合粉体放入放电等离子烧结炉模具中,在轴向压力为5~30MPa,1atm的流动氮气的条件下,以130~160℃/min的速率升温至...
【专利技术属性】
技术研发人员:郭伟明,于俊杰,魏万鑫,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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