專利名稱：氧化鈰復(fù)合氮化硅特種陶瓷的制備方法
氧化鈰復(fù)合氮化硅特種陶瓷的制備方法本發(fā)明涉及一種陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種氧化鈰(Ce2O3)作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)高性能氮化硅(Si3N4)陶瓷的方法。氮化硅陶瓷具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，被公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料之一。氮化硅作為一種共價(jià)鍵化臺物，擴(kuò)散系數(shù)小，沒有熔點(diǎn)，約在2173K分解成氨和硅，難于燒結(jié)。通常的氮化硅陶瓷有反應(yīng)燒結(jié)和熱壓燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)致密度差，力學(xué)性能差， 熱壓燒結(jié)雖然密度高，力學(xué)性能好，但成本較高，難以大規(guī)模生產(chǎn)。而無壓燒結(jié)介于兩者之間，由于氮化硅陶瓷為共價(jià)鍵化合物，無壓燒結(jié)困難，提高無壓燒結(jié)氮化硅陶瓷的密度成為研究熱點(diǎn)，通常加稀土氧化物作為燒結(jié)助劑，如氧化銥。但氧化銥的成本較高，對于氮化硅的應(yīng)用推廣不利。為此我們選用氧化鈰作為添加劑以改善氮化硅的燒結(jié)密度和力學(xué)性能。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氧化鈰作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)高性能氮化硅陶瓷的方法。本發(fā)明生產(chǎn)方法簡單，成本低，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明的氧化鈰作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷具有密度高，力學(xué)性能好的特點(diǎn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所涉及的氧化鈰作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷，組分及質(zhì)量百分比含量為氧化鈰8% 15%，氮化硅85% 92%。所述的氧化鈰粒度5 7微米，氮化硅粒度0. 4 0. 7微米。本發(fā)明所涉及的氧化鈰作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷方法，包括如下步驟步驟一，分別稱取氧化鈰和氮化硅陶瓷粉體，在行星式球磨機(jī)中以每分鐘270 330轉(zhuǎn)混合2小時(shí)，分散介質(zhì)為無水乙醇，隨后在60°C烘干，時(shí)間為2 3小時(shí)，得到混合均勻的氧化鈰和氮化硅陶瓷混合粉體；步驟二，將步驟一的混合粉體在75 IOOMpa壓力下成型，形成素坯；步驟三，將步驟二中的素坯在真空碳管爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在1400 1550°C溫度下保溫12 18小時(shí)。步驟四，將步驟三中燒成的氮化硅陶瓷取出，檢測體積密度和力學(xué)性能。步驟一中，所述氧化鈰的重量百分比為8% 15%，氮化硅的重量百分比為 85% 92%。步驟一中，所述氮化硅中α-Si3N4含量大于90%。步驟一中，所述氧化鈰中Ce2O3含量大于98%。步驟三中，所述氮?dú)獾膲毫? 2大氣壓。步驟四中，所述力學(xué)性能為抗折強(qiáng)度。
本發(fā)明中，所述的氧化鈰起到燒結(jié)助劑的作用，在1400 1550°C高溫?zé)Y(jié)條件下，形成液相，使氮化硅陶瓷致密化。本發(fā)明具有如下的有益效果氮化硅陶瓷致密程度高，力學(xué)性能好，滿足實(shí)際使用的需要。該制備方法簡單，成本低，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的生產(chǎn)技術(shù)對本專業(yè)的人來說是容易實(shí)施的。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。實(shí)施例氧化鈰為贛州嘉潤新材料有限公司，氮化硅粉為德國Marck公司生產(chǎn)的Mll粉。 按照重量百分比分別稱取8%的氧化鈰和92%的氮化硅粉。將上述兩種粉在行星式球磨機(jī)中(南京大學(xué)儀器廠QM-3SP2型)混合均勻，轉(zhuǎn)速 300轉(zhuǎn)，時(shí)間1. 5小時(shí)。將混合粉在SOMpa的壓力下成型，將素坯在真空碳管爐中(上海辰榮電爐有限公司ZT-40-20型)1450°C保溫16小時(shí)。本實(shí)施例得到的氮化硅陶瓷的體積密度為3. 26g/cm3,抗折強(qiáng)度為671Mpa。
權(quán)利要求
1.氧化鈰復(fù)合氮化硅特種陶瓷的制備方法所涉及的氧化鈰作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷，組分及質(zhì)量百分比含量為氧化鈰8% 15%，氮化硅85% 92%。所述的氧化鈰粒度5 7微米，氮化硅粒度0. 4 0. 7微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鈰復(fù)合氮化硅特種陶瓷的制備方法所涉及的氧化鈰作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)的氮化硅陶瓷方法，包括如下步驟步驟一，分別稱取氧化鈰和氮化硅陶瓷粉體，在行星式球磨機(jī)中以每分鐘270 330轉(zhuǎn)混合2小時(shí)，分散介質(zhì)為無水乙醇，隨后在60°C烘干，時(shí)間為2 3小時(shí)，得到混合均勻的氧化鈰和氮化硅陶瓷混合粉體；步驟二，將步驟一的混合粉體在75 IOOMpa壓力下成型，形成素坯；步驟三，將步驟二中的素坯在真空碳管爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在1400 1550°C溫度下保溫12 18小時(shí)。步驟四，將步驟三中燒成的氮化硅陶瓷取出，檢測體積密度和力學(xué)性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鈰復(fù)合氮化硅特種陶瓷的制備方法，其特征在于步驟一中所述氧化鈰的重量百分比為8% 15%，氮化硅的重量百分比為85% 92%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鈰復(fù)合氮化硅特種陶瓷的制備方法，其特征在于步驟一中，所述氮化硅中α-Si3N4含量大于90%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鈰復(fù)合氮化硅特種陶瓷的制備方法，其特征在于步驟一中，所述氧化鈰中Ce2O3含量大于98 %。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鈰復(fù)合氮化硅特種陶瓷的制備方法，其特征在于步驟三中，所述氮?dú)獾膲毫? 2大氣壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鈰復(fù)合氮化硅特種陶瓷的制備方法，其特征在于步驟四中，所述力學(xué)性能為抗折強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種氧化鈰(Ce2O3)作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)高性能氮化硅(Si3N4)陶瓷的方法。其組分及質(zhì)量百分比含量為氧化鈰8％～15％，氮化硅85％～92％。目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氧化鈰作為添加劑無壓燒結(jié)生產(chǎn)高性能氮化硅陶瓷的方法，可廣泛用于化工、機(jī)械、冶金、航空航天等領(lǐng)域的零部件制備。
文檔編號C04B35/63GK102557652SQ20101062078
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者陳海* 申請人:蘇州中鋯新材料科技有限公司