高耐磨氮化硅陶瓷的生產(chǎn)方法
【專利摘要】高耐磨氮化硅陶瓷的生產(chǎn)方法。本發(fā)明公開了一種α-β復相氮化硅陶瓷的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述氮化硅陶瓷原材料各組分及質(zhì)量百分比含量為：氮化硅92％，氧化釔5％，三氧化二鋁3％。將上述各組分混合制坯，采用三步氣壓燒結(jié)工藝生產(chǎn)，第一步，在低溫低壓氮氣氣氛將陶瓷坯體燒至氣孔完全閉合，燒結(jié)溫度1600～1650℃，氮氣壓力1MPa；第二步，調(diào)高溫度，加大氮氣壓力，在高溫下短暫停留，燒結(jié)溫度1750～1780℃，氮氣壓力6MPa；第三步，迅速降溫，長時間保溫，燒結(jié)溫度1400～1450℃，由高溫到低溫的降溫速率為40℃／min，直至燒結(jié)致密。本發(fā)明生產(chǎn)的氮化硅陶瓷具有較好的耐磨性。
【專利說明】高耐磨氮化硅陶瓷的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種三步變溫氣壓燒結(jié)生產(chǎn)高耐磨氮化硅陶瓷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化硅(Si3N4)陶瓷具有高強度，高耐磨性，耐高溫，耐腐蝕，耐酸、堿、可在海水中長期使用，并具有絕電絕磁的良好性能。在800°C時，強度、硬度幾乎不變，其密度為3.20g/cm3,幾乎是軸承鋼的1/3重量，旋轉(zhuǎn)時離心力小，可以實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)。還具有自潤滑性，它可以使用到無潤滑介質(zhì)高污染的環(huán)境中。成為陶瓷軸承，混合陶瓷球軸承的首選球珠。為此，用作軸承的氮化硅陶瓷的耐磨性已成為陶瓷工作者關(guān)注的重要指標。
[0003]α相氣化娃為等軸狀晶型,具有較聞的硬度和抗熱震性，β相氣化娃為長柱狀晶型，具有較高的強度和韌性，前者為低溫型，后者為高溫型。α相和β相顯微結(jié)構(gòu)的差異及性能上的互補性，使得制備α-β復相氮化硅陶瓷可望具有更優(yōu)的性能。通過改進復相氮化硅陶瓷中α相的含量，可以在較大范圍內(nèi)改善氮化硅陶瓷的耐磨性能。氮化硅陶瓷原料為α相，α相在1450~1550°C即開始轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪啵杼沾稍诔Ｒ?guī)燒結(jié)溫度(1750~ISOO0C )下為β相，很難保留α相。本申請采用三步變溫氣壓燒結(jié)法使得α相未能完全轉(zhuǎn)變成β相，從而制備α-β復相氮化硅陶瓷，進而改善其耐磨性。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有技 術(shù)的文獻檢索，未發(fā)現(xiàn)采用三步變溫氣壓燒結(jié)法生產(chǎn)α-β復相氮化硅陶瓷的報導。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，改善現(xiàn)有氮化硅陶瓷的耐磨性，提供一種α復相氮化硅陶瓷的生產(chǎn)方法。
[0006]本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種α-β復相氮化硅陶瓷的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述氮化硅陶瓷原材料各組分及質(zhì)量百分比含量為:氮化硅92%，氧化釔5%，三氧化二鋁3%。上述氮化硅中α相氮化硅質(zhì)量百分比含量大于94%，氧化釔和三氧化二鋁純度(質(zhì)量百分比)均大于99%。上述各組分的粒徑分別為:氮化硅0.4~0.6 μ m，氧化釔1~311111，三氧化二鋁0.3~
0.5ym0將上述各組分混合制坯，采用三步氣壓燒結(jié)工藝生產(chǎn)，第一步，在低溫低壓氮氣氣氛將陶瓷坯體燒至氣孔完全閉合，燒結(jié)溫度1600~1650°C，氮氣壓力IMPa，保溫時間30~60min ;第二步，調(diào)高溫度，加大氮氣壓力，在高溫下短暫停留，燒結(jié)溫度1750~1780°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間10-15min ;第三步，迅速降溫，長時間保溫，燒結(jié)溫度1400~1450°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間180~360min，由高溫到低溫的降溫速率為40°C /min，直至燒結(jié)致密。
[0008]由于本發(fā)明采用了三步變溫氣壓燒結(jié)法，部分α相氮化硅未轉(zhuǎn)變成β相，改善氮化硅陶瓷的耐磨性。【具體實施方式】
[0009]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0010]實施例1:
[0011]各組分及質(zhì)量百分比含量為:氮化硅92%，氧化釔5%，三氧化二鋁3 %。將上述各組分混合制坯，采用三步氣壓燒結(jié)工藝生產(chǎn)，第一步，在燒結(jié)溫度1600°C，氮氣壓力IMPa，保溫時間60min條件下，將陶瓷坯體燒至氣孔完全閉合；第二步，調(diào)高溫度，加大氮氣壓力，在燒結(jié)溫度1780°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間15min條件下，短暫停留；第三步，迅速降溫，長時間保溫，在燒結(jié)溫度1400°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間180min條件下，完成低溫燒結(jié)，由高溫到低溫的降溫速率為40°C /min，直至燒結(jié)致密。
[0012]本實施例得到的α-β復相氮化硅陶瓷的體積密度為3.28g/cm3，抗折強度為780MPa，顯微硬度為16.8G Pa。其中α相氮化硅質(zhì)量百分比含量為25%。
[0013]實施例2:
[0014]各組分及質(zhì)量百分比含量為:氮化硅92%，氧化釔5%，三氧化二鋁3 %。將上述各組分混合制坯，采用三步氣壓燒結(jié)工藝生產(chǎn)，第一步，在燒結(jié)溫度1650°C，氮氣壓力IMPa，保溫時間30min條件下，將陶瓷坯體燒至氣孔完全閉合；第二步，調(diào)高溫度，加大氮氣壓力，在燒結(jié)溫度1750°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間15min條件下，短暫停留；第三步，迅速降溫，長時間保溫，在燒結(jié)溫度1450°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間360min條件下，完成低溫燒結(jié)，由高溫到低溫的降溫速率為40°C /min，直至燒結(jié)致密。
[0015]本實施例得到的α-β復相氮化硅陶瓷的體積密度為3.29g/cm3，抗折強度為790MPa，顯微硬度為16.2GPa。其中α相氮化硅質(zhì)量百分比含量為15%。
[0016]實施例3:
[0017]各組分及質(zhì)量百分比含量為:氮化硅92%，氧化釔5%，三氧化二鋁3 %。將上述各組分混合制坯，采用三步氣壓燒結(jié)工藝生產(chǎn)，第一步，在燒結(jié)溫度1600°C，氮氣壓力IMPa，保溫時間60min條件下，將陶瓷坯體燒至氣孔完全閉合；第二步，調(diào)高溫度，加大氮氣壓力，在燒結(jié)溫度1780°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間IOmin條件下，短暫停留；第三步，迅速降溫，長時間保溫，在燒結(jié)溫度1450°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間240min條件下，完成低溫燒結(jié)，由高溫到低溫的降溫速率為40°C /min，直至燒結(jié)致密。
[0018]本實施例得到的α-β復相氮化硅陶瓷的體積密度為3.28g/cm3，抗折強度為790MPa，顯微硬度為16.6GPa。其中α相氮化硅質(zhì)量百分比含量為22%。
[0019]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種α-β復相氮化硅陶瓷的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述氮化硅陶瓷原材料各組分及質(zhì)量百分比含量為:氮化硅92%，氧化釔5%，三氧化二鋁3 %。上述氮化硅中α相氮化硅質(zhì)量百分比含量大于94%，氧化釔和三氧化二鋁純度(質(zhì)量百分比)均大于99%。上述各組分的粒徑分別為:氮化硅0.4~0.6 μ m，氧化釔1~3μm，三氧化二鋁0.3~0.5 μ m。將上述各組分混合制坯，采用三步氣壓燒結(jié)工藝生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種α-β復相氮化硅陶瓷的生產(chǎn)方法，其特征在于，第一步，在低溫低壓氮氣氣氛將陶瓷坯體燒至氣孔完全閉合，燒結(jié)溫度1600~1650°C，氮氣壓力IMPa,保溫時間30~60min ;第二步,調(diào)高溫度,加大氮氣壓力，在高溫下短暫停留,燒結(jié)溫度1750~1780°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間10_15min ;第三步，迅速降溫，長時間保溫，燒結(jié)溫度1400~1450°C，氮氣壓力6MPa，保溫時間180~360min，由高溫到低溫的降溫速率為40°C /min，直至燒結(jié)致密。
【文檔編號】C04B35/622GK103964861SQ201310311553
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】陳海*, 王亦臣, 劉軍 申請人:上海中耐高溫材料有限公司