氮化硅陶瓷制造技术

本公开提供一种氮化硅陶瓷

【技术实现步骤摘要】
氮化硅陶瓷、用于制备其的组合物及其制备方法和应用


[0001]本公开涉及陶瓷材料
，尤其涉及一种氮化硅陶瓷
、
用于制备其的组合物及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]氮化硅陶瓷是一种超硬的物质，还是一种绝缘材料
。
本身具有润滑性
、
耐磨损，抗腐蚀能力强，高温时抗氧化，而且它还能抗冷热冲击，在高温轴承
、
工程结构陶瓷等机械制造业及电子材料行业都有广泛的应用
。
但是氮化硅陶瓷是由离子键或共价键的晶粒构成的多晶烧结体
。
方向性极强的化学键性决定了陶瓷中的晶粒位错密度低
、
滑移系统少
、
裂纹生长的能量小
。
在断裂过程中，除了增加新的断裂表面能以外，几乎没有其它耗散能量的机制，从而导致强度较低
、
韧性不足等缺点
。
脆性这一致命弱点，使其在应用中的可靠性得不到保障
。
因此改善其韧性，提高其可靠性一直是氮化硅陶瓷研究的一个重要方向
。
[0003]现有技术中通过对烧结助剂进行调整来改善氮化硅陶瓷的力学性能，烧结助剂的可选成分种类繁多，包括但不限于：稀土氧化物
(Y2O3、La2O3、Yb2O3、Sc2O3、Ce2O3、Pr2O3、Nd2O3、Lu2O3、Tb2O3、Tm2O3)、MgO、Al2O3、AlN
以及
SiO2等，这些成分的组成方式多样，例如可以从这些成分中选择一种或多种来构成单一
、
二元
、
三元或者更多元的烧结助剂
。
[0004]如何从诸多烧结助剂的可选成分中确定出效果优异的烧结助剂配方，是本领域有待解决的问题
。

技术实现思路

[0005]本公开所要解决的一个技术问题是：如何从诸多烧结助剂的可选成分中确定出效果优异的烧结助剂配方，以提高氮化硅陶瓷的韧性和强度
。
[0006]为解决上述技术问题，本公开实施例提供一种用于制备氮化硅陶瓷的组合物，按摩尔百分比计，该组合物包含：2‑
10
％的由
La2O3、Al2O3和
MgO
组成的复合烧结助剂
、1
‑5％的
β
‑
Si3N4以及
85
‑
97
％的
α
‑
Si3N4。
[0007]在一些实施例中，按摩尔百分比计，组合物包含：4‑6％的复合烧结助剂
、1
‑2％的
β
‑
Si3N4以及
92
‑
95
％的
α
‑
Si3N4。
[0008]在一些实施例中，
La2O3、Al2O3和
MgO
的摩尔比为
1:(1
‑
1.5):(1
‑
1.5)。
[0009]在一些实施例中，
La2O3、Al2O3和
MgO
的摩尔比为
1:1.17:1.17。
[0010]本公开实施例还提供一种制备氮化硅陶瓷的方法，包括：
[0011]将根据以上任一实施例的组合物依次进行球磨
、
干燥
、
筛分，获得混合粉体；
[0012]将混合粉体干压成型为坯体，并对坯体依次进行预烧结
、
气压烧结以及冷却处理，得到氮化硅陶瓷
。
[0013]在一些实施例中，进行预烧结包括：在惰性气氛下，以2‑
5℃/min
的升温速率升温至
500
‑
1000℃
，并保温4‑
6h。
[0014]在一些实施例中，进行气压烧结包括：在压力为1‑
5MPa
的惰性气氛下，以5‑
15℃/
min
升至
1700
‑
1900℃
，并保温2‑
4h。
[0015]在一些实施例中，进行冷却处理包括：以5‑
15℃/min
的降温速率冷却至
1100
‑
1300℃
，然后随炉冷却至室温
。
[0016]本公开实施例还提供一种氮化硅陶瓷，按摩尔百分比计，包含：
90
‑
98
％的
Si3N4，余量为
La2O3、Al2O3、MgO
及不可避免的杂质，氮化硅陶瓷的抗弯强度大于
1000MPa
，断裂韧性大于
10MPa
·
m
1/2
。
[0017]在一些实施例中，
La2O3、Al2O3和
MgO
的摩尔比为
1:(1
‑
1.5):(1
‑
1.5)。
[0018]在一些实施例中，
La2O3、Al2O3和
MgO
的摩尔比为
1:1.17:1.17。
[0019]本公开实施例还提供如上所述的方法制备的氮化硅陶瓷或如上所述的氮化硅陶瓷在轴承
、
切削刀具
、
电子封装陶瓷或生物陶瓷中的应用
。
[0020]通过上述技术方案，本公开提供的用于制备氮化硅陶瓷的组合物可以基于
β
‑
Si3N4晶种的促进作用以及由
La2O3、Al2O3和
MgO
组成的特定复合烧结助剂的作用来有效改善氮化硅陶瓷的韧性和强度，有利于扩展氮化硅陶瓷的应用范围
。
具体实施方式
[0021]下面结合实施例对本公开的实施方式作进一步详细描述
。
以下实施例的详细描述用于示例性地说明本公开的原理，但不能用来限制本公开的范围，本公开可以以许多不同的形式实现，不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案
。
[0022]本公开提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围
。
应注意到：除非另外具体说明，这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置
、
材料的组分
、
数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制
。
[0023]需要说明的是，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是大于或等于两个；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位
、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于制备氮化硅陶瓷的组合物，其特征在于，按摩尔百分比计，所述组合物包含：2‑
10
％的由
La2O3、Al2O3和
MgO
组成的复合烧结助剂
、1
‑5％的
β
‑
Si3N4以及
85
‑
97
％的
α
‑
Si3N4。2.
根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，按摩尔百分比计，所述组合物包含：4‑6％的所述复合烧结助剂
、1
‑2％的
β
‑
Si3N4以及
92
‑
95
％的
α
‑
Si3N4。3.
根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，
La2O3、Al2O3和
MgO
的摩尔比为
1:(1
‑
1.5):(1
‑
1.5)
；优选地，
La2O3、Al2O3和
MgO
的摩尔比为
1:1.17:1.17。4.
一种制备氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，包括：将根据权利要求1‑3任一项所述的组合物依次进行球磨
、
干燥
、
筛分，获得混合粉体；将所述混合粉体干压成型为坯体，并对所述坯体依次进行预烧结
、
气压烧结以及冷却处理，得到氮化硅陶瓷
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进行所述预烧结包括：在惰性气氛下，以2‑
5℃/min
的升温速率升温至
5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚，胡恒广，闫冬成，郑曦，叶润，崔亚楠，
申请(专利权)人：北京盛达众安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：