專利名稱：一種α＇-SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及α' -SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法
背景技術(shù)：
SiAlON陶瓷以其出色的機(jī)械性能、熱物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良特點(diǎn)，被認(rèn)為 是最有希望的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷之一，在冶金、宇航、交通運(yùn)輸、化工機(jī)械、建材、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具 有廣闊的應(yīng)用前景。SiAlON是Si3N4材料和其它添加劑材料的固溶體，也具有兩種結(jié)構(gòu) 即α和β相，其中α ‘ -SiAlON具有硬度高、熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)良特點(diǎn)， 但是由于α ‘ -SiAlON陶瓷的等軸狀晶粒組織形貌，使材料的韌性和強(qiáng)度都較低，大大限 制了其應(yīng)用。為了改善其材料的斷裂韌性和強(qiáng)度，研究工作者在這方面做了大量的研究 工作，如采用顆粒彌散增韌、相變?cè)鲰g、晶種或晶須增韌等，其中晶種增韌增強(qiáng)的效果還是 比較明顯得。同時(shí)對(duì)晶種的制備方法雖然也進(jìn)行了廣泛的研究，如Renli Fu(Combustion synthesis of rod-like α ' -SiAlON seed crystals, Materials Letters,2004, (58) 1956-1958)采用燃燒法制備晶種的方法，但該方法制備的晶種雜雜質(zhì)含量偏高，晶種不易 提取° 而 Misha Zenotchkine (Synthesis of α ‘ -SiAlON seed crystals J. Am. Ceram. Soc. ,2001,84(7) 1651-53)采用熱壓燒結(jié)的方法制備的晶種，但該方法成本較高，并且產(chǎn) 率很低。a' -SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法，很好的解決了上述的問(wèn)題，不但降低了成本， 還很好的控制了雜質(zhì)的含量，并有效的提高了 SiAlON晶種的產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)便快捷，生產(chǎn)成本低，制備產(chǎn)品純度高的以Si3N4和 AlN為主要原料制備α ‘ -SiAlON晶種的方法。本發(fā)明以Si3N4、AlN、Y203和納米Al2O3為原料，通過(guò)配料、球磨、過(guò)篩、成型退膠、高 溫合成、粉碎、酸洗等工藝合成α ’ -SiAlON晶種，具體工藝步驟如下(1)配料按所要制備材料的組成和配比進(jìn)行配料。(2)球磨將配制好的混合料在行星磨上以無(wú)水乙醇為球磨介質(zhì)，使用Si3N4球球 磨8 12小時(shí)。(3)成型首先將料倒入乙基纖維素和松油醇的混合溶液中，其中乙基纖維素和 松油醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為96%和4%，其中料與溶液的重量比為5 1.然后加入少許分 散劑，在平板上將料混合物展開(kāi)薄膜，保持薄膜的厚度為0. 1 0. 3mm，最后在室溫下晾干 取下。(4)退膠將晾干的物料和埋粉一并裝入坩堝中，再以1 2V /min的升溫速率加 熱到50(TC，并保溫2小時(shí)，然后自然冷卻至室溫。(5)高溫合成將退膠好的物料放入高溫爐中，通入流動(dòng)N2氣為保護(hù)氣體，采用快 速升溫的方法，升溫速率為15°C /min，當(dāng)溫度達(dá)到1700°C時(shí)，開(kāi)始保溫，保溫時(shí)間為1 2 小時(shí)，然后通過(guò)自然冷卻至室溫。
(6)粉碎將燒結(jié)的樣品經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎，過(guò)125目蹄，同時(shí)預(yù)防外來(lái)雜質(zhì)進(jìn)入樣品。(7)酸洗將過(guò)篩后的樣品，首先放入HF酸和HNO3的混合液中，其中HF酸和HNO3 的體積比為4 1，放入60 90°C的烘箱中反應(yīng)8 12小時(shí)，除去燒結(jié)產(chǎn)品中的黃長(zhǎng)石和 玻璃相，反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水沖洗樣品并去除殘留酸。然后放入濃H2SO4中，在160°C下反 應(yīng)8 12小時(shí)，除去產(chǎn)品中剩余的雜質(zhì)化合物，然后用蒸餾水沖洗樣品并干燥。本發(fā)明的產(chǎn)品α丨-SiAlON晶種長(zhǎng)度為1 5μπι，長(zhǎng)徑比為1 10之間。具有 高硬度，高模量、耐高溫和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)該產(chǎn)品外觀光潔和產(chǎn)率較高的特點(diǎn)，是 一種優(yōu)良的陶瓷的補(bǔ)強(qiáng)增韌材料，可有效的對(duì)SiAlON陶瓷及其它陶瓷材料起到良好的增 強(qiáng)增韌作用。本發(fā)明的特點(diǎn)是生產(chǎn)方便快捷，生產(chǎn)成本低，易于進(jìn)行規(guī)模化的生產(chǎn)，為大量生產(chǎn) α ‘ -SiAlON晶種提供了一個(gè)新的途徑，也為SiAlON晶種的制備和生長(zhǎng)機(jī)理奠定了理論和 工藝基石出。


圖1為無(wú)壓制備α ‘ -SiAlON晶種的XRD照片。圖2為無(wú)壓制備α ‘ -SiAlON晶種的SEM照片
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述實(shí)施例1一種α ‘ -SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法(1)配料按所要制備材料的組成和配比進(jìn)行配料。(2)球磨將配制好的混合料在行星磨上以無(wú)水乙醇為球磨介質(zhì)，使用Si3N4球球 磨8 12小時(shí)。(3)成型首先將料倒入乙基纖維素和松油醇的混合溶液中，其中乙基纖維素和 松油醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為96%和4%，其中料與溶液的重量比為5 1.然后加入少許分 散劑，在平板上將料混合物展開(kāi)薄膜，保持薄膜的厚度為0. 1 0. 3mm,最后在室溫下晾 干取下。C(4)退膠將晾干的物料和埋粉一并裝入坩堝中，再以1 2V /min的升溫速率加 熱到500°C，并保溫2小時(shí)。(5)高溫合成將退膠好的物料放入高溫爐中，通入流動(dòng)N2氣為保護(hù)氣體，采用快 速升溫的方法，升溫速率為15°C /min，當(dāng)溫度達(dá)到1700°C時(shí)，開(kāi)始保溫，保溫時(shí)間為1 2 小時(shí)，然后通過(guò)自然冷卻至室溫。(6)粉碎將燒結(jié)的樣品經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎，過(guò)125目篩。(7)酸洗將過(guò)篩后的樣品，首先放入HF酸和HNO3的混合液中，其中HF酸和HNO3 的體積比為4 1，放入60 90°C的烘箱中反應(yīng)8 12小時(shí)，除去燒結(jié)產(chǎn)品中的黃長(zhǎng)石和 玻璃相，反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水沖洗樣品并除去殘留酸。然后放入濃H2SO4中，在160°C下反 應(yīng)8 12小時(shí)，除去產(chǎn)品中剩余的雜質(zhì)化合物，然后用蒸餾水沖洗樣品并干燥。
本發(fā)明的產(chǎn)品本發(fā)明的產(chǎn)品α ‘ -SiAlON晶種長(zhǎng)度為1 5μπι，長(zhǎng)徑比為1 10 之間，晶體結(jié)構(gòu)完整，表面光潔。
權(quán)利要求
一種α′ SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法，其特征在于以Si3N4、AlN、Y2O3和納米Al2O3為原料，其中Si3N4和AlN表面的氧含量不計(jì)入起始原料(原料氧含量都＜2％)。同時(shí)為了促進(jìn)SiAlON陶瓷的燒結(jié)，我們加入過(guò)量的Y2O3和納米Al2O3。其工藝步驟如下(1)配料按所要制備材料的組成和配比進(jìn)行配料。(2)球磨將配制好的混合料在行星磨上以無(wú)水乙醇為球磨介質(zhì)，使用Si3N4球球磨8～12小時(shí)。(3)成型首先將料倒入乙基纖維素和松油醇的混合溶液中，其中乙基纖維素和松油醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為96％和4％，其中料與溶液的重量比為5∶1.然后加入少許分散劑，在平板上將料混合物展開(kāi)薄膜，保持薄膜的厚度為0.1～0.3mm，最后在室溫下晾干取下。(4)退膠將晾干的物料和埋粉一并裝入坩堝中，再以1～2℃/min的升溫速率加熱到500℃，并保溫2小時(shí)。(5)高溫合成將退膠好的物料放入高溫爐中，通入流動(dòng)N2氣為保護(hù)氣體，采用快速升溫的方法，升溫速率為15℃/min，當(dāng)溫度達(dá)到1700℃時(shí)，開(kāi)始保溫，保溫時(shí)間為1～2小時(shí)，然后通過(guò)自然冷卻至室溫。(6)粉碎將燒結(jié)的樣品經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎，過(guò)125目篩。(7)酸洗將過(guò)篩后的樣品，首先放入HF酸和HNO3的混合液中，其中HF酸和HNO3的體積比為4∶1，放入60～90℃的烘箱中反應(yīng)8～12小時(shí)，除去燒結(jié)產(chǎn)品中的黃長(zhǎng)石和玻璃相，反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水沖洗樣品并除去殘留酸。然后放入濃H2SO4中，在160℃下反應(yīng)8～12小時(shí)，除去產(chǎn)品中剩余的雜質(zhì)化合物，然后用蒸餾水沖洗樣品并干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的α‘ -SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法，其特征在于配料按質(zhì)量 百分比為:Si3N474. 42%, AlN 13. 02%, Y2038. 83%, Al2033. 73%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的α‘ -SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法，其特征在于Si3N4和AlN 表面的氧含量< 2%，沒(méi)有記入起始原料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的α‘ -SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法，其特征在于球磨混合組 分料所有顆粒粒徑小于80目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的α‘ -SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法，其特征在于粉碎燒結(jié)樣 品時(shí)，燒結(jié)樣品的顆粒粒徑小于125目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的α‘ -SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法，其特征在于HF酸和HNO3 的體積比要大于4 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的α’ -SiAlON晶種無(wú)壓制備的方法，其特征在于混合料與乙 基纖維素和松油醇混合液的重量比為4 1。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種α′-SiAlON晶種無(wú)壓制備及酸洗的過(guò)程。該制備過(guò)程以Si3N4、AlN、Y2O3和納米Al2O3為原料，其中Y2O3和納米Al2O3為穩(wěn)定劑和燒結(jié)助劑，經(jīng)過(guò)配料、球磨、過(guò)篩、退膠，在流動(dòng)N2氣α氛保護(hù)下1700℃保溫1～2小時(shí)無(wú)壓燒結(jié)達(dá)到致密。燒結(jié)樣品經(jīng)過(guò)粉碎，過(guò)125目篩，首先由HF酸和HNO3酸(體積比4∶1)在60～90℃下，反應(yīng)8～12小時(shí)，用蒸餾水洗去殘留酸后；然后在160℃下濃H2SO4中反應(yīng)8～12小時(shí)，用蒸餾水洗去殘留酸后得到長(zhǎng)度為1～5μm，長(zhǎng)徑比為1～10的SiAlON晶種產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有高硬度，高模量、耐高溫和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)該產(chǎn)品外觀光潔和高產(chǎn)率的特點(diǎn)，是一種優(yōu)良的陶瓷的補(bǔ)強(qiáng)增韌材料，可有效的對(duì)SiAlON陶瓷及其它陶瓷材料起到良好的增強(qiáng)增韌作用。
文檔編號(hào)C04B35/599GK101935225SQ200910032510
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者石現(xiàn)友, 郭露村, 陳涵 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)