本发明专利技术公开了一种含结晶相Y4SiAlO8N的SiAlON陶瓷，在该陶瓷的晶相结构中，主相晶体主要为α-SiAlON，或者为α-SiAlON与β-SiAlON复合相，在主相晶体的晶界处存在Y4SiAlO8N，且α相中包含有α-Si3N4，β相中包含有β-Si3N4。本发明专利技术SiAlON陶瓷的制备方法包括：先按配比将各原料混合均匀，加入有机溶剂和粘合剂，球磨后得到混合浆料；将混合浆料进行喷雾干燥制粒，再经压制成型，脱脂，获得生坯；将生坯在氮气气氛下进行预烧，然后随炉冷却，将得到的预烧体在氮气气氛下进行烧结保温，再随炉冷却得到SiAlON陶瓷。本发明专利技术的产品具有较好的高温稳定性与抗氧化性能。
【技术实现步骤摘要】
含结晶相Y4SiAIO8N的SiAION陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术属于陶瓷材料
，尤其涉及一种含结晶相的SiAlON陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
SiAlON陶瓷问世于20世纪70年代初，之后得到迅速发展，逐渐成为重要的高温结构材料。它是以Si3N4为基的S1-Al-O-N系统以及相关系统中的一类固溶体的总称，基本结构单元为(Si，Al) (O, N)四面体。Si3N4是共价键晶体，自扩散系数很小，不容易烧结致密，需要添加Mg0、Ca0、Y203等以及一些稀土金属氧化物作为烧结助剂。烧结过程中，这些烧结助剂在高温条件下可以与Si3N4粉末中所含SiO2等杂质形成液相，加速物质传输过程，促进烧结致密化。与Si3N4不同的是，SiAlON陶瓷在烧结过程中形成的瞬时液相离子在烧结后期能进入晶格形成SiAlON相，使晶界得到净化，有利于提高材料的高温性能。SiAlON材料根据结构和组分的不同可分为α-SiAlON、β-SiAlON、O-SiAlON等，其中前两者在刀具行业中最为重要。a -SiAlON的通式一般为Mx (Si, Al) 12 (O, N) 16，0<x<2,更精确点可写为MxSi12_m_nAlm+n0nN16_n，其中X≤2，每个单位晶胞中有m个Al-N键与η个Al-O键取代了(m+n)个S1-N键。如果Mc的价态为V，则根据电中性，x=m/v,—个可能产生这种固溶体的化学反应为:1/3 (12-m-n) Si3N4+l/3 (4m+n) AlN+ (m/2v) Me20v+l/6 (2n_m) Al2O3 — a -Meni7vS i 12-m-nA I m+n^n^l 6-n β -SiAlON的通式为Si6_zAlz0zN8_z，0〈Z〈4.2，其晶格中不含其它离子，一种可能产生这种固溶体的化学反应为:(2-z/3) a -Si3N4+(z/3) AlN+(z/3) Al2O3 — β _Si6_zAlz0zN8_z。a -SiAlON相硬度高，韧性较差，多为等轴晶粒；β -SiAlON相韧性好，硬度差，多为长柱状晶粒。而α/β-SiAlON复合陶瓷能够结合a-SiAlON与β-SiAlON的各自特点，综合性能更好，而采用这种复相陶瓷制备的切削刀具具有耐磨性高、抗热冲击性好、容易致密、应用领域广等优点，目前已用于铸铁、镍基合金、钴基合金、高铝合金、高锰钢等材料的加工，是一种有广泛应用前景的陶瓷刀具材料。CN101133001A号中国专利文献公开了一种由Si3N4为主要原料的混合物制成的SiAlON陶瓷体，该SiAlON陶瓷体包括:含有a ’ -SiAlON和β ’ -SiAlON相的两相复合物，且a ’ -SiAlON中含有一种或多种选定的稀土元素。所述SiAlON材料可以含有a主相(或a ’相)和β主相(或β ’相)，以及一种或多种其它相，例如玻璃相和/或结晶相。a ’-SiAlON相的化学式可以是MxSi12_(m+n)Alm+n0nN16_n，其中，M是L1、Ca、Y或其它镧系元素，x的最大理论值为2，0〈n≤2.0，0.9≤m≤3.5。β，-SiAlON的化学式可以是Si6_zAlz0zN8_z，其中0〈z≤4.2。当M为钇时，结晶相可以包括:YAG(钇铝石榴石，这是一种式为Y3Al5O12的立方相)，YAM (这是一种式为Y4Al2O9的单斜晶相)，N-YAM (这是一种式为Y4Si2O7N2的单斜晶相)，以及Y-N- α -娃灰石(这是一种式为YSiO2N的单斜晶相)。现有SiAlON陶瓷刀具，主要用于高温合金高速切削，其对高温力学性能有着极高的要求，因此，进ー步提高其高温性能(例如高温硬度、韧性、抗热震性)，则是相关领域专家的不懈努力方向。Y4SiAlO8N (J-Phase)是YAM相与N-YAM两相按1:1混合的固溶体，其具有具有极高的溶点与抗氧化性能。Dirk Matusch博士论文“Phasenuntersuchungen im SystemY-S1-Al-O-N中提到:在Si3N4或SiAlON陶瓷晶间处，当有适量的Y4SiAlO8N存在时，则可提高该陶瓷材料的高温稳定性与抗氧化性能。然而，随着结晶相Y4SiAlO8N含量的増加，SiAlON陶瓷的韧性会下降。Dirk Matusch博士论文并没有提到如何控制Y4SiAlO8N的含量，并改善SiAlON陶瓷刀具的高温稳定性与抗氧化性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供ー种高温稳定性能和抗氧化性能更好的含结晶相Y4SiAlO8N的SiAlON陶瓷，还相应提供该含结晶相Y4SiAlO8N的SiAlON陶瓷的制备方法和具体应用。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为ー种含结晶相Y4SiAlO8N的SiAlON陶瓷，在所述SiAlON陶瓷的晶相结构中，SiAlON为主相晶体，在主相晶体的晶界处存在结晶相Y4SiAlO8N，且主相晶体SiAlON主要为a-SiA10N，或者为a-SiAlON与3-SiAlON复合相，所述a-SiAlON中包含有a-Si3N4，所述P-SiAlON中包含有^ -Si3N40上述的含结晶相Y4SiAlO8N的SiAlON陶瓷，作为进ー步的优化，所述的SiAlON陶瓷在进行X-射线衍射后，a-SiAlON在2 0 =34.2 °附近峰强度为X，P-SiAlON在2 0 =33.5。附近峰强度Y，Y4SiAlO8N在2 0 =29.4。附近的峰强度Z，且Y/X=0~18 (特别优选为0.4~6)，Z/X=0.05~2 (特别优选为0.1~1.0)。作为ー个总的技术构思，本专利技术还提供ー种上述SiAlON陶瓷的制备方法，包括以下步骤: (1)以S1、Si3N4,A1203、AlN和Y2O3的粉体作为原料粉体，按配比将各原料粉体混合均匀，加入有机溶剂(例如こ醇)和粘合剂(例如聚乙二醇)，球磨混匀后得到混合浆料； (2)将步骤(1)得到的混合浆料进行喷雾干燥制粒，获得球形颗粒粉末，再经压制成型，脱脂，获得生坯； (3)将步骤(2)得到的生坯置入一容器(所述容器优选为ー涂有BN的石墨容器)中，然后在氮气气氛下进行预烧，预烧温度控制为1250°C~1550°C，氮气分压I~3个大气压，预烧时间2~10小吋，获得氮化物占总体重量90%以上，然后随炉冷却，得到预烧体； (4)将步骤(3)得到的预烧体置入一容器(所述容器优选为ー涂有BN的石墨容器)中，然后在氮气气氛下进行烧结，烧结温度控制为1650°C~1950°C，保温时间为I~8小时，随后按I~12°C /min速率降温至1200°C，再随炉冷却，得到SiAlON陶瓷。上述的制备方法，所述原料粉体中，各物质的质量分数配比优选如下: Si与Si3N4的总质量占原料粉体总质量的50%~90% ； Al2O3占原料粉体总质量的1%~15% ； AlN占原料粉体总质量的5%~30% ； Y2O3占原料粉体总质量的2%~20% ；原料粉体质量总和为100%。其中，所述Si与Si3N4的质量比优选为70:30~90:10。本专利技术的上述制备方法中，主要考虑了过高的氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含结晶相Y4SiAlO8N的SiAlON陶瓷，在所述SiAlON陶瓷的晶相结构中，SiAlON为主相晶体，其特征在于：在主相晶体的晶界处存在结晶相Y4SiAlO8N，且主相晶体SiAlON主要为α?SiAlON，或者为α?SiAlON与β?SiAlON复合相，所述α?SiAlON中包含有α?Si3N4，所述β?SiAlON中包含有β?Si3N4。
【技术特征摘要】
1.ー种含结晶相Y4SiAlO8N的SiAlON陶瓷，在所述SiAlON陶瓷的晶相结构中，SiAlON为主相晶体，其特征在于:在主相晶体的晶界处存在结晶相Y4SiAlO8N,且主相晶体SiAlON主要为a-SiA10N，或者为a-SiAlON与P-SiAlON复合相，所述a-SiAlON中包含有a-Si3N4，所述 P-SiAlON 中包含有 P-Si3N4。2.根据权利要求1所述的含结晶相Y4SiAlO8N的SiAlON陶瓷，其特征在于:所述的SiAlON陶瓷在进行X-射线衍射后，a-SiAlON在2 0 =34.2°附近峰强度为X，^ -SiAlON在2 0 =33.5。附近峰强度Y，Y4SiAlO8N在2 0 =29.4°附近的峰强度Z，且Y/X=0~18，Z/X=0.05 ~2。3.根据权利要求2所述的含结晶相Y4SiAlO8N的SiAlON陶瓷，其特征在于:所述的Y/X=0.4 ~6，Z/X=0.1 ~1.0。4.一种如权利要求1~3中任一项所述SiAlON陶瓷的制备方法，包括以下步骤: (1)以S1、Si3N4,A1203、AlN和Y2O3的粉体作为原料粉体，按配比将各原料粉体混合均匀，加入有机溶剂和粘合剂，球磨混匀后得到混合浆料；...
【专利技术属性】
技术研发人员：银锐明，王社权，左锐，曾荣，
申请(专利权)人：株洲钻石切削刀具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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