一种强韧一体化Si3N4/Cu复合材料的原位制备方法技术

技术编号：41337236 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-20 09:56

本发明专利技术提供一种强韧一体化Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/Cu复合材料的原位制备方法，利用含铜无机盐水溶液对含有烧结助剂的α‑Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;粉末进行分散，制备高均匀性的Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/Cu复合材料。本发明专利技术提供的方法工艺操作简便，成本低，并协同了提升Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/Cu复合材料韧性和摩擦学性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种强韧一体化si3n4/cu复合材料的原位制备方法，涉及陶瓷基-金属复合材料。

技术介绍

1、在航空航天、船舶交通等领域通常存在许多苛性的工作环境，零部件常因高压、高温、高腐蚀、高磨损等原因失效，需要进行停机整修。对工程材料的耐高温、耐腐蚀、耐摩擦以及韧性等方面性能提出较高要求。

2、氮化硅陶瓷相较于金属、合金以及聚合物材料，具备高热稳定性、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等优异性能，被认为是最具发展前景的工程材料之一。陶瓷材料的结构都是由离子键和共价键以及两者的混合键组成，由于离子键中同号离子接近时斥力大，同时共价键有具有方向性和饱和性，导致了陶瓷晶格滑移和位错少，表现为本征脆性，极大的限制了陶瓷材料在工程方面的实际应用。

3、专利技术目的

4、本专利技术的目的在于提供一种强韧一体化si3n4/cu复合材料，解决了现有技术中陶瓷材料存在耐磨性和韧性难以协同提升的技术问题。

5、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案步骤如下：

6、(1)球磨

7、分别称取α-si3n4粉末、y2o3粉末、al2o3粉末和含铜无机盐粉末，α-si3n4粉末、y2o3粉末、al2o3粉末先加入球磨罐，含铜无机盐粉末溶于100ml超纯水得到含铜无机盐溶液，溶液加入球磨罐，球料比2：1，球磨所得浆料进行干燥、过筛，得混合粉末；

8、(2)烧结

9、将步骤(1)所制得的混合粉末制品装入模具中，预压烧结，烧结条件：真空度5×10-3pa-1×10-1

10、作为进一步地优选，步骤(1)中，α-si3n4粉末、y2o3粉末、al2o3粉末和含铜无机盐粉末(以铜计)为总粉体，其中y2o3和al2o3的总质量占总粉体质量10％，y2o3质量百分比≥5％，al2o3质量百分比≤5％。

11、作为进一步地优选，所述含铜无机盐为柠檬酸铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或几种，其中铜元素在总粉体质量百分比中占比为1％～15％。

12、作为进一步地优选，步骤(2)中，烧结过程中升温速率为8～20℃/min，烧结压力为30～50mpa。

13、作为进一步地优选，步骤(1)中，球磨用直径6.25mm的氮化硅磨球，球磨条件：300r/min，8h。

14、作为进一步地优选，所述烧结为sps放电等离体子烧结或热压烧结。

15、本专利技术的有益效果在于：利用原位法在si3n4陶瓷基体中引入第二相cu，实现均匀弥散，相界面结构良好。第二相的引入和均匀弥散提升si3n4陶瓷的断裂韧性，增韧机制主要通过第二相颗粒对裂纹的偏转和桥接实现，si3n4/cu复合材料的韧性较si3n4陶瓷基体提升20～27％。本专利技术提供的si3n4/cu复合材料硬度高于13gpa，在室温下的磨损率不超过6×10-6mm3/nm，可在高压、高温、高腐蚀、高磨损等苛性工程背景下实现重要应用。

技术实现思路

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【技术保护点】

1.一种强韧一体化Si3N4/Cu复合材料的原位制备方法，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种强韧一体化Si3N4/Cu复合材料的原位制备方法，其特征在于，步骤(1)中，α-Si3N4粉末、Y2O3粉末、Al2O3粉末和含铜无机盐粉末(以铜计)为总粉体，其中Y2O3和Al2O3的总质量占总粉体质量10％，Y2O3质量百分比≥5％，Al2O3质量百分比≤5％。

3.根据权利要求2所述的一种强韧一体化Si3N4/Cu复合材料的原位制备方法，其特征在于，所述含铜无机盐为柠檬酸铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或几种，其中铜元素在总粉体质量百分比中占比为1％～15％。

4.根据权利要求1所述的一种强韧一体化Si3N4/Cu复合材料的原位制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烧结过程中升温速率为8～20℃/min，烧结压力为30～50MPa。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种强韧一体化Si3N4/Cu复合材料的原位制备方法，其特征在于，步骤(1)中，球磨用直径6.25mm的氮化硅磨球，球磨条件：300r/min，8h。

6.根据

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【技术特征摘要】

1.一种强韧一体化si3n4/cu复合材料的原位制备方法，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种强韧一体化si3n4/cu复合材料的原位制备方法，其特征在于，步骤(1)中，α-si3n4粉末、y2o3粉末、al2o3粉末和含铜无机盐粉末(以铜计)为总粉体，其中y2o3和al2o3的总质量占总粉体质量10％，y2o3质量百分比≥5％，al2o3质量百分比≤5％。

3.根据权利要求2所述的一种强韧一体化si3n4/cu复合材料的原位制备方法，其特征在于，所述含铜无机盐为柠檬酸铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或几种，其中铜元素在总粉体质量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔竹辉，崔高熙，于源，汤华国，李彤阳，王鲁杰，
申请(专利权)人：烟台先进材料与绿色制造山东省实验室，
类型：发明
国别省市：

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