一种具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。本发明专利技术以GH4169高温合金金属烧结助剂、Y

【技术实现步骤摘要】
一种具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料
，特别涉及一种具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
Sialon陶瓷作为Si-Al-O-N四元系的高温结构材料，不仅具有优异的机械力学性能，如高温强度、高硬度和较好的断裂韧性等；而且具有优越的物理性能，如耐蠕变性能、抗氧化性能和抗热震性能，在高温结构陶瓷材料中有着广阔的发展前景，在交通运输、石油化工、金属冶炼、航空航天等领域有着广泛的应用。目前，Sialon陶瓷材料普遍具有硬脆性，其高温塑性差，使其存在加工成本高、加工困难、可靠性不高等问题，难以加工出形状复杂的陶瓷零部件，严重阻碍了陶瓷材料的实际应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料及其制备方法，本专利技术提供的Sialon基陶瓷材料晶粒尺寸细小均匀，致密度高，具有优异的高温塑性。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的制备方法，其包括以下步骤：S1、将非晶纳米Si3N4粉、纳米AlN粉和复合烧结助剂进行混合，得到混合粉末；S2、将步骤S1中得到的混合粉末进行放电等离子烧结，得到超细晶Sialon基陶瓷材料；所述复合烧结助剂包括GH4169高温合金粉末、Y2O3粉和Al2O3粉。优选的，所述混合粉末中，非晶纳米Si3N4粉的质量百分含量为45％～50％，纳米AlN粉的质量百分含量为2％～5％，Y2O3粉的质量百分含量为3％～5％，Al2O3粉的质量百分含量为5％～7％，GH4169高温合金粉末的质量百分含量为38％～42％。优选的，所述非晶纳米Si3N4粉的粒径为20～25nm；所述纳米AlN粉的粒径为38～42nm；所述Y2O3粉的粒径为18～22nm；所述Al2O3粉的粒径为18～22nm；所述GH4169高温合金粉的粒径为45～85μm。优选的，步骤S1中混合方法为湿法球磨，所述湿法球磨的介质为无水乙醇；所述球磨的时间为2～4h，转速为200～300rpm。优选的，所述烧结温度为1200℃～1300℃，升温到所述烧结温度的速率为10～50℃/min。优选的，所述放电等离子烧结的压力为25～35MPa，烧结保温时间为45～75min。优选的，所述复合烧结助剂中，GH4169高温合金的液相助烧温度为950～1150℃，Y2O3和Al2O3的液相助烧温度为1080～1240℃。优选的，所述复合烧结助剂具有促进Sialon基陶瓷材料烧结致密化的作用，所述烧结致密化包括以下三个阶段：阶段一：在950～1080℃的温度区间内，GH4169高温合金熔融，生成少量液相并促进液相烧结；阶段二：在1080～1150℃的温度区间内，Y2O3和Al2O3生成液相，同时GH4169高温合金的液相含量增加，三种烧结助剂共同促进Sialon陶瓷的液相烧结；阶段三：在1150～1240℃的温度区间内，GH4169高温合金不参与液相烧结，仅有Y2O3和Al2O3共同促进Sialon陶瓷的致密化。本专利技术提供了上述制备方法制备得到的高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料，所述高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的主晶相为O'-Sialon相，平均晶粒尺寸为50～300nm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以GH4169高温合金金属烧结助剂、Y2O3和Al2O3无机氧化物烧结助剂作为复合烧结助剂(GH4169高温合金金属烧结助剂的液相助烧温度为950℃～1150℃，Y2O3和Al2O3无机氧化物烧结助剂的液相助烧温度为1080℃～1240℃)，在液相助烧阶段，复合烧结助剂根据熔点温度的不同形成分阶段烧结致密化过程，促进Sialon陶瓷材料的液相烧结，加速致密化进程，降低Sialon基陶瓷的烧结温度，可在1200℃～1300℃的温度条件下烧结致密，与常规Sialon陶瓷的烧结温度相比，可降低200℃～300℃。其中，分阶段烧结致密化过程分为以下三个阶段：阶段一，在950℃～1080℃的温度区间内，GH4169高温合金首先熔融，生成少量液相并促进液相烧结；阶段二，在1080℃～1150℃的温度区间内，Y2O3和Al2O3开始生成液相，同时GH4169高温合金的液相含量大大增加，三种烧结助剂共同促进Sialon陶瓷的液相烧结；阶段三，在1150℃～1240℃的温度区间内，GH4169高温合金不参与液相助烧，仅有Y2O3和Al2O3共同促进Sialon陶瓷的致密化。同时在以GH4169高温合金为主的液相中，其所包含的Cr、Fe、Ni、Nb、Mo元素向晶界聚集，并与部分游离的Si元素反应，易在晶界处形成熔点较低的晶间玻璃相，使制备的超细晶Sialon基陶瓷具备高温塑性。在高温压缩条件下，Sialon基陶瓷内部存在的晶间玻璃相在应力与温度的双重耦合下发生软化，发生粘性流动行为，最低可在1259℃的超低温度下呈现出优异的高温塑性，使制备的Sialon基陶瓷呈现出优异的高温塑性，从而提升其加工性能。实施例结果表明，本专利技术提供的超细晶Sialon基陶瓷材料致密度可高达99.4％，主要相组成为O'-Sialon相，平均晶粒尺寸在50～300nm之间，其可在1259℃的温度下呈现出优异的高温塑性性能，最大压缩应变速率约为4.5×10-2s-1，压缩率可高达52.78％。同时，本专利技术提供的具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的制备方法，此法操作简单，易于实现工业化大批量生产。附图说明图1为实施例1所得具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的微观组织形貌图；图2为实施例2所得具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的微观组织形貌图；图3为实施例3所得具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的微观组织形貌图。具体实施方式本专利技术提供了一种具有高温塑性的Sialon基陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将非晶纳米Si3N4粉、纳米AlN粉和复合烧结助剂进行混合，得到混合粉末；S2、将步骤S1中得到的混合粉末进行放电等离子烧结，得到超细晶Sialon基陶瓷材料；所述复合烧结助剂包括GH4169高温合金粉末、Y2O3粉和Al2O3粉。如无特殊说明，本专利技术所用原料均为市售。本专利技术将非晶纳米Si3N4粉、纳米AlN粉和复合烧结助剂进行混合，得到混合粉末。在本专利技术中，所述复合烧结助剂包括GH4169高温合金粉末、Y2O3粉和Al2O3粉。在本专利技术中，所述混合粉末中，非晶纳米Si3N4粉的质量百分含量优选为45～50％，更优选为46～48％；所述纳米AlN粉的质量百分含量优选为2～5％，更优选为3～4％；所述Y2O3粉的质量百分含量优选为3～5％，更优选为4％；所述Al2O3粉的质量百分含量优选为5～7％，更优选为6～7％；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的制备方法，其包括以下步骤：/nS1、将非晶纳米Si

【技术特征摘要】
1.一种具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将非晶纳米Si3N4粉、纳米AlN粉和复合烧结助剂进行混合，得到混合粉末；
S2、将步骤S1中得到的混合粉末进行放电等离子烧结，得到超细晶Sialon基陶瓷材料；
所述复合烧结助剂包括GH4169高温合金粉末、Y2O3粉和Al2O3粉。


2.根据权利要求1所述的具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述混合粉末中，非晶纳米Si3N4粉的质量百分含量为45％～50％，纳米AlN粉的质量百分含量为2％～5％，Y2O3粉的质量百分含量为3％～5％，Al2O3粉的质量百分含量为5％～7％，GH4169高温合金粉末的质量百分含量为38％～42％。


3.根据权利要求2所述的具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述非晶纳米Si3N4粉的粒径为20～25nm；所述纳米AlN粉的粒径为38～42nm；所述Y2O3粉的粒径为18～22nm；所述Al2O3粉的粒径为18～22nm；所述GH4169高温合金粉的粒径为45～85μm。


4.根据权利要求1所述的具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中混合方法为湿法球磨，所述湿法球磨的介质为无水乙醇；所述球磨的时间为2～4h，转速为200～300rpm。


5.根据权利要求1所述的具有高温塑性的超细晶Sialon基陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆俊廷，郗晨阳，王昊天，张丽丽，张春祥，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13