【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷结构件，尤其涉及一种高性能氮化硅涡轮转子及其制备方法。
技术介绍
1、涡轮增压器是提高发动机功率的一种装置，涡轮转子作为涡轮增压器的关键部件，其材料性能直接影响涡轮在高温高速下的使用可靠性。随着增压器技术的发展，涡轮转子作为关键部件，其材料也在不断地更新换代。1988年前，柴油机增压器涡轮普遍采用20cr3mowv(a)材料，随后更换为k213镍基合金，几年后又更新为k418镍基合金。但是在使用过程中，发现k418镍基合金的涡轮在高温高速时存在叶片变形和飞裂失效现象，并且涡轮重量大、响应性不好，同时由于表面容易成块积碳，微小碳块脱落撞击涡轮叶片导致叶片断裂失效。
2、相比于传统的金属涡轮材料，工程陶瓷因具有一系列优良的性能而成为近年来各国的研究热点。氮化硅陶瓷作为常用的高温高强结构陶瓷之一，由于具有高强度、高硬度、抗氧化、耐磨损以及耐腐蚀等良好的性能，被广泛应用于航空航天、电力、机械等领域。在涡轮转子的制造领域，成为镍基合金的理想代替材料。但是，作为陶瓷材料，其本质脆性限制了氮化硅陶瓷的发展。涡轮在高温、高转速的载荷下，陶瓷材料必须要有足够的强度和断裂韧性才能满足涡轮的使用工况。
3、为了提高氮化硅陶瓷的强度和裂纹扩展阻力，国内外很多学者通过向氮化硅陶瓷中添加颗粒或纤维来实现增韧补强。lange报道了用亚微米级碳化硅颗粒增强氮化硅陶瓷并分析了力学性能，结果显示，材料的韧性有所提高，但室温强度却不理想。而利用短切碳纤维增韧氮化硅陶瓷，虽然能够提高陶瓷的断裂韧性，但是碳纤维与氧发生反应，在氮
4、因此，如何提高氮化硅涡轮转子的综合力学性能成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高性能氮化硅涡轮转子及其制备方法。本专利技术提供的制备方法制备的高性能氮化硅涡轮转子具有优异的综合力学性能。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种高性能氮化硅涡轮转子的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将氮化硅粉、氮化硼纳米管、氧化锆粉与氧化锂源混合后进行球磨，得到混合粉体；所述氮化硼纳米管的质量为氮化硅粉质量的1～7％；所述氧化锆粉的质量为氮化硅粉质量的1～3％；所述氧化锂源中锂元素的质量为氮化硅粉质量的0.15～0.7％；
5、(2)将所述步骤(1)得到的混合粉体与粘结剂和水混合后注入涡轮转子模具中进行加压成型，得到毛坯；
6、(3)将所述步骤(2)得到的毛坯依次进行真空预烧和真空热压烧结，得到高性能氮化硅涡轮转子。
7、优选地，所述步骤(1)中氮化硼纳米管的质量为氮化硅粉质量的2～6％。
8、优选地，所述步骤(1)中氧化锆粉的质量为氮化硅粉质量的1.5～2.5％。
9、优选地，所述步骤(1)中氧化锂源中锂元素的质量为氮化硅粉质量的0.2～0.6％。
10、优选地，所述步骤(1)中氮化硅粉在使用前进行气流粉碎。
11、优选地，所述步骤(1)中球磨的球料比为(8～10):1，球磨的转速为200～300rpm，球磨的时间为20～24h。
12、优选地，所述步骤(2)中混合粉体与粘结剂的质量比为1:(0.5～1.5)。
13、优选地，所述步骤(3)中真空预烧的温度为1450～1550℃，真空预烧的时间为20～40min。
14、优选地，所述步骤(3)中真空热压烧结的温度为1750～1850℃，真空热压烧结的压力为35～45mpa，真空热压烧结的时间为40～60min。
15、本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备的高性能氮化硅涡轮转子。
16、本专利技术提供了一种高性能氮化硅涡轮转子的制备方法，包括：将氮化硅粉、氮化硼纳米管、氧化锆粉与氧化锂源混合后进行球磨，得到混合粉体；将所述混合粉体与粘结剂和水混合后注入涡轮转子模具中进行加压成型，得到毛坯；将所述毛坯依次进行真空预烧和真空热压烧结，得到高性能氮化硅涡轮转子；所述氮化硼纳米管的质量为氮化硅粉质量的1～7％；所述氧化锆粉的质量为氮化硅粉质量的1～3％；所述氧化锂源中锂元素的质量为氮化硅粉质量的0.15～0.7％。本专利技术通过在氮化硅涡轮转子制备时添加氮化硼纳米管，细化氮化硅陶瓷基体的晶粒，利用细晶强韧化同时提高陶瓷基体的强度和韧性；通过控制氮化硼纳米管的添加量，使其作为增强相起到纤维增强的作用，同时提高陶瓷基体的断裂韧性；以氧化锆粉为原料，通过其在烧结过程中的相变作用减少烧结应力，通过控制其用量，消除烧结应力导致的裂纹，提高材料韧性；以氧化锂源为原料，利用其在烧结过程中生成的氧化锂作为助熔剂，能够降低助熔剂的用量，提高氮化硅陶瓷的纯度和烧结致密度，提高材料的性能。实施例的实验结果表明，本专利技术提供的制备方法制备的氮化硅陶瓷试样的抗弯强度可达952mpa，断裂韧性可达9.3mpa·m1/2。
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1.一种高性能氮化硅涡轮转子的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氮化硼纳米管的质量为氮化硅粉质量的2～6％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化锆粉的质量为氮化硅粉质量的1.5～2.5％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化锂源中锂元素的质量为氮化硅粉质量的0.2～0.6％。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氮化硅粉在使用前进行气流粉碎。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中球磨的球料比为(8～10):1，球磨的转速为200～300rpm，球磨的时间为20～24h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中混合粉体与粘结剂的质量比为1:(0.5～1.5)。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中真空预烧的温度为1450～1550℃，真空预烧的时间为20～40min。p>
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中真空热压烧结的温度为1750～1850℃，真空热压烧结的压力为35～45MPa，真空热压烧结的时间为40～60min。
10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备的高性能氮化硅涡轮转子。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能氮化硅涡轮转子的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氮化硼纳米管的质量为氮化硅粉质量的2～6％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化锆粉的质量为氮化硅粉质量的1.5～2.5％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化锂源中锂元素的质量为氮化硅粉质量的0.2～0.6％。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氮化硅粉在使用前进行气流粉碎。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中球磨的球料...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔辉，肖立，李哲亮，谭博仁，姜杰英，
申请(专利权)人：衡阳凯新特种材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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