一种耐加工陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐加工陶瓷及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种耐加工陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷材料
，具体地，涉及一种耐加工陶瓷及其制备方法
。

技术介绍

[0002]氮化硅陶瓷具有硬度大
、
机械强度高
、
热膨胀系数低
、
化学稳定性好
、
介电性能优等优异性能，被誉为“综合性能最好的结构陶瓷”，在机械
、
半导体
、
生物医学
、
航空航天等领域都有广泛的应用
。
氮化硅主要有
α
‑
Si3N4和
β
‑
Si3N4两种晶型，二者均为六方晶系，只是堆垛次序不同，都是由结构单元硅氮四面体连接而成
。
硅氮四面体由一个硅原子和四个氮原子构成，硅原子位于四面体的中心位置，四个氮原子处在四面体的四个顶点，每三个硅氮四面体共用一个氮原子，氮原子和硅原子通过共用电子对形成共价键
。
氮化硅陶瓷中共价键占比
70
％，为强共价键化合物，相较于金属键和离子键，共价键键能最高，故氮化硅的自扩散系数很小，难以通过固相烧结达到致密
。
因此需要加入烧结助剂与氮化硅颗粒表面存在的二氧化硅反应形成硅酸盐液相，通过液相烧结完成氮化硅的致密化
。
液相烧结分为3个阶段，首先是颗粒重排阶段，液相渗入晶粒之间的空隙，使得晶粒间更容易滑动，发生重排
。
在此过程中，气孔减少，随着氮化硅密度的增加，晶粒之间紧密接触，颗粒重排的阻力也不断增加，直至达到平衡
。
第二个阶段是溶解析出，较小的
α
‑
Si3N4晶粒先溶解，经过液相由高浓度区域扩散至低浓度区域并在大晶粒表面以
β
相的形式析出
。
最后是固相扩散阶段，经过溶解析出的
β
‑
Si3N4晶粒互相接触，形成氮化硅陶瓷的骨架，液相位于晶粒间的间隙处，致密化阶段基本停止
。
[0003]高熵陶瓷由五种或五种以上组元以等比例或近等比例相互固溶而形成的一类无机非金属材料
。
高熵陶瓷由于具有晶格畸变效应
、
迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应等效应，从而具有大量优异的性能，如高力学性能
、
良好的耐磨和耐腐蚀性等
。
过渡金属碳化物和硼化物陶瓷属于超高温材料，它们具有高熔点
(
＞
3000℃)、
高热导率
、
高硬度
、
良好的抗氧化性
、
良好的抗热震性和抗腐蚀性，这些优良特性使它们成为结构应用的潜在候选者
。
[0004]如何在保证
Si3N4陶瓷的优良性能下还能够增加其致密度，能提升其断裂韧性从而具有良好的耐加工性能，从而拓宽
Si3N4陶瓷的适用范围这一问题有待解决
。

技术实现思路

[0005]本专利技术涉及一种耐加工陶瓷及其制备方法，属于陶瓷材料

。
本专利技术所提供的陶瓷，通过在
Si3N4粉体中加入高熵粉体，高熵粉体由
Nb2O5粉
、HfO2粉
、ZrO2粉
、Ta2O5粉
、TiO2粉
、B4C
和
C
粉反应制得，再在烧结助剂
Al2O3和
Y2O3下烧结制得
。
本专利技术所制得耐加工陶瓷在保持了
Si3N4陶瓷良好的性能上，又具有更高的致密度和更高的断裂韧性，提升了其耐加工性能
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种耐加工陶瓷的制备方法，包括以下操作：
[0008](1)
将
Al2O3和
Y2O3混合，并添加至
Si3N4粉体中制得混合粉体
A
；
[0009](2)
添加高熵粉体
(Nb
0.2
Hf
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Ti
0.2
)B2进混合粉体
A
中制得混合粉体
B
；
[0010](3)
用乙醇作为溶剂，以球料比
10
：1的
Si3N4球和混合粉体
B
，以无水乙醇作为研磨介质，通过辊式球磨机混合
24
小时得浆料，其后将浆料通过旋转蒸发仪蒸发去除其中的无水乙醇，并置于烘箱
24h
，过
100
目筛后得到混合粉体
C
；
[0011](4)
将混合粉体
C
装入石墨模具中，在
1800
‑
2000℃
下烧结制得一种耐加工陶瓷
。
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，
(1)
中所述
Al2O3和
Y2O3的质量比为3‑
3.5
：
1.5
‑
2。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，
(1)
中所述
Al2O3和
Y2O3的总质量占混合粉体
A
质量的8‑
12
％
。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，
(2)
中所述高熵粉体的添加量占混合粉体
B
质量的8‑
12
％
。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，
(2)
中所述高熵粉体通过以下操作制得：
[0016]将
Nb2O5粉
、HfO2粉
、ZrO2粉
、Ta2O5粉
、TiO2粉
、B4C
和
C
粉按照目标物为
(Nb
0.2
Hf
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Ti
0.2
)B2的质量称重，以
Si3N4球磨介质，球料比为
2∶1
，在乙醇中球磨
24h
后旋转蒸发干燥，之后将混合粉末过
150
μ
m
筛，制得高熵粉体
。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，高熵粉体制备中所述按照目标物为
(Nb
0.2
Hf
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Ti
0.2
)B2的质量称重即为所得目标物质量比为
Nb
：
Hf
：
Zr
：
Ta<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种耐加工陶瓷的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下操作：
(1)
将
Al 2
O3和
Y2O3混合，并添加至
Si 3
N4粉体中制得混合粉体
A
；
(2)
添加高熵粉体
(Nb
0.2
Hf
0.2
Zr
0.2
Ta
0.2
Ti
0.2
)B2进混合粉体
A
中制得混合粉体
B
；
(3)
用乙醇作为溶剂，以球料比
10
：1的
Si 3
N4球和混合粉体
B
，以无水乙醇作为研磨介质，通过辊式球磨机混合
24
小时得浆料，其后将浆料通过旋转蒸发仪蒸发去除其中的无水乙醇，并置于烘箱
24h
，过
100
目筛后得到混合粉体
C
；
(4)
将混合粉体
C
装入石墨模具中，在
1800
‑
2000℃
下烧结制得一种耐加工陶瓷
。2.
根据权利要求1所述的一种耐加工陶瓷的制备方法，其特征在于：
(1)
中所述
Al 2
O3和
Y2O3的质量比为3‑
3.5
：
1.5
‑
2。3.
根据权利要求1所述的一种耐加工陶瓷的制备方法，其特征在于：
(1)
中所述
Al 2
O3和
Y2O3的总质量占混合粉体
A
质量的8‑
12
％
。4.
根据权利要求1所述的一种耐加工陶瓷的制备方法，其特征在于：
(2)
中所述高熵粉体的添加量占混合粉体
B
质量的8‑
12
％
。5.
根据权利要求1所述的一种耐加工陶瓷的制备方法，其特征在于：
(2)
中所述高熵粉体通过以下操作制得：将

【专利技术属性】
技术研发人员：彭文武，崔东，黎军，黄琳，刘锦锋，
申请(专利权)人：高安常莹新型材料有限公司，
类型：发明
国别省市：