一种耐高温氧化Si3N4/O制造技术

一种耐高温氧化Si3N4/O

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷材料
，具体涉及一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化硅作为一类非氧化性陶瓷，在高温
‑
空气环境下易于氧化，导致其性能下降。因此，为了促使氮化硅陶瓷能够更加广泛地应用于实际高温工程领域，提高氮化硅陶瓷的高温氧化性能有着非常重要的意义。
[0003]目前，提高氮化硅高温氧化性能的方法可以归纳为以下几类：(1)抗氧化涂层的制备。此种方法主要是在氮化硅陶瓷表面涂覆一层抗氧化涂层，从而保护氮化硅基体；(2)氮化硅复相陶瓷的制备。该方法主要是在氮化硅陶瓷中引入第二相抗氧化性的陶瓷，如MoSi2、TiN和SiC等；(3)氮化硅后处理。该方法主要是将烧结后氮化硅陶瓷进行二次烧结，促使晶界上的非晶态玻璃相晶化；(4)不同稀土氧化物制备氮化硅陶瓷；(5)Si2N2O陶瓷的制备。尽管这些方法提高了氮化硅陶瓷抗氧化性能，但其存在制备过程复杂、热力学不稳定、界面结合强度低和抗氧化性能差等缺点。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷及其制备方法，采用添加SiO2原位合成O
’‑
sialon陶瓷，具有制备方法简单、热力学性能稳定、结合强度和抗氧化性能优异等特点。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷，按照质量百分数计包括如下组分：
[0007]α
‑
Si3N4粉体：50wt.％～75wt.％；
[0008]β
‑
Si3N4粉体：10wt％～25wt％；
[0009]SiO2粉体：5wt％～15wt％；
[0010]Al2O3‑
R2O3：8wt％～12wt％。
[0011]所述的α
‑
Si3N4粉体的粒径范围为0.4μm～1μm；
[0012]所述的β
‑
Si3N4粉体的粒径范围为1μm～2μm；
[0013]所述的SiO2粉体的粒径范围为1μm～10μm；
[0014]所述的Al2O3‑
R2O3中R2O3(稀土氧化物)为Y2O3、Yb2O3或La2O3中的一种，其中Al2O3的质量百分数含量为2wt％～4wt％，R2O3(稀土氧化物)的质量百分数含量为6wt％～8wt％。
[0015]一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷的制备方法，按照如下步骤进行：
[0016]1)按照质量比称取α
‑
Si3N4、β
‑
Si3N4、SiO2和Al2O3‑
R2O3配成混合粉体，加入占混合粉体质量40％的无水乙醇进行球磨5h～15h；
[0017]2)将球磨完的浆料进行干燥获得粉体，之后过筛和成型；
[0018]3)将步骤2)中成型的坯体置于气压烧结炉中，采用氮气作为保护气体进行烧结，
升温速率为5℃/min～10℃/min，烧结温度为1750℃～1850℃，保温时间为2h～3h，氮气压力为3MPa～5MPa。
[0019]所述的步骤2)中干燥方式为真空干燥或旋转蒸发仪干燥。
[0020]所述的步骤2)中成型方式是模压成型，模压成型的压力为80MPa～200MPa。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022](1)本专利技术Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷制备方法简单、热力学性能稳定和抗氧化性能优异，在高温
‑
空气的环境下使用可以形成一层致密的抗氧化保护层。
[0023](2)本专利技术添加SiO2可以提高氮化硅陶瓷的抗氧化性能，SiO2可以与Si3N4和Al2O3原位形成O
’‑
sialon陶瓷，所形成的O
’‑
sialon位于晶界上，可以有效阻碍空气中的氧从外向内扩散及金属阳离子从内向外扩散，提高了氮化硅陶瓷的抗氧化性能。
附图说明
[0024]图1为专利技术实施例5所得样品的XRD图谱。
[0025]图2为专利技术实施例5所得样品在1500℃空气氧化30h后的微观组织形貌。
具体实施方式
[0026]下面结合实施例对本专利技术做详细描述。
[0027]实施例1，一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷，按照质量百分数计包括如下组分：
[0028]α
‑
Si3N4粉体：50wt.％；
[0029]β
‑
Si3N4粉体：25wt％；
[0030]SiO2粉体：15wt％；
[0031]Al2O3‑
R2O3：10wt％；
[0032]所述的α
‑
Si3N4粉体的粒径范围为0.4μm；
[0033]所述的β
‑
Si3N4粉体的粒径范围为1μm；
[0034]所述的SiO2粉体的粒径范围为1μm；
[0035]所述的Al2O3‑
R2O3中R2O3(稀土氧化物)为Y2O3，其中Al2O3的质量百分数含量为2wt％，R2O3(稀土氧化物)的质量百分数含量为8wt％。
[0036]一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷的制备方法，按照如下步骤进行：
[0037]1)按照质量比称取α
‑
Si3N4、β
‑
Si3N4、SiO2和Al2O3‑
R2O3配成混合粉体，加入占混合粉体质量40％的无水乙醇进行球磨5h；
[0038]2)将球磨完的浆料进行干燥获得粉体，之后过筛和成型；
[0039]3)将步骤2)中成型的坯体置于气压烧结炉中，采用氮气作为保护气体进行烧结，升温速率为5℃/min，烧结温度为1750℃，保温时间为2h，氮气压力为3MPa；
[0040]所述的步骤2)中干燥方式为真空干燥；
[0041]所述的步骤2)中成型方式是模压成型，模压成型的压力为80MPa。
[0042]本实施例的有益效果为：本实施例耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷1500℃空气氧化30h后氧化增重为0.96mg.cm
‑2，残余弯曲强度为142.36MPa。
[0043]实施例2，一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷，按照质量百分数计包括如下
组分：
[0044]α
‑
Si3N4粉体：75wt.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷，其特征在于，按照质量百分数计包括如下组分：α
‑
Si3N4粉体：50wt.％～75wt.％；β
‑
Si3N4粉体：10wt％～25wt％；SiO2粉体：5wt％～15wt％；Al2O3‑
R2O3：8wt％～12wt％。2.根据权利要求1所述的一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷，其特征在于：所述的α
‑
Si3N4粉体的粒径范围为0.4μm～1μm；所述的β
‑
Si3N4粉体的粒径范围为1μm～2μm；所述的SiO2粉体的粒径范围为1μm～10μm。3.根据权利要求1所述的一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷，其特征在于：所述的Al2O3‑
R2O3中R2O3(稀土氧化物)为Y2O3、Yb2O3或La2O3中的一种，其中Al2O3的质量百分数含量为2wt％～4wt％，R2O3(稀土氧化物)的质量百分数含量为6wt％～8wt％。4.权利要求1所述的一种耐高温氧化Si3N4/O
’‑
sialon复合陶瓷的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：1)按照质量比称取α
‑
Si3N4、β
‑
Si3N4、SiO2和Al2O3‑
R2O3配成混合粉体，加入占混合粉体质量40％的无水乙醇进行球磨5h～15h；2)将球磨完的浆料进行干燥获得粉体，之后过筛和成型；3)将步骤2)中成型的坯体置于气压烧结炉中，采用氮气作为保护气体进行烧结，升温速率为5℃/min～10℃/min，烧结温度为1750℃～1850℃，保温时间为2h～3h，氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍崇高，马海强，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：