專利名稱:無壓燒結(jié)高韌性氮化硅基陶瓷材料及其制造方法
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域：
是陶瓷中的高溫工程陶瓷。
本發(fā)明的特征是以氮化硅為基質(zhì)，加入一定量的燒結(jié)助劑，再加入一定量的未穩(wěn)定的二氧化鋯，在無壓(常壓)下進(jìn)行燒結(jié)，制得高韌性氮化硅基陶瓷材料。
陶瓷材料的一個(gè)根本弱點(diǎn)是它的脆性，這也限制了它的使用范圍，因?yàn)椴徽搶⑻沾捎米髑邢鞯毒?、金屬絲撥出模具、或者防彈裝甲材料，都要求材料具有較好的韌性。以往，為了改善陶瓷的脆性，對(duì)氮化硅基陶瓷多采用熱壓工藝制造，以便得到高密度高韌性材料，但其工藝復(fù)雜，成本高。國(guó)內(nèi)七十年代末期的熱壓氮化硅，抗沖擊強(qiáng)度僅達(dá)4公斤-厘米/厘米2。英國(guó)魯卡斯公司研制成功Syalon陶瓷材料，采用無壓燒結(jié)工藝，其性能可與熱壓材料相媲美，但除先合成氮化硅外，還須合成15R等原料，工藝也很復(fù)雜。
本發(fā)明為了解決陶瓷材料抗沖擊性低下和熱壓材料工藝復(fù)雜，成本高的問題，采用在氮化硅基質(zhì)中加入鎂鋁尖晶石作為燒結(jié)助劑，加入未穩(wěn)定二氧化鋯，一方面作為彌散體提高燒結(jié)體的韌性，一方面還能使晶體的長(zhǎng)/徑比增加，進(jìn)一步提高燒結(jié)體韌性。
氮化硅是強(qiáng)共價(jià)鍵材料，自身不能燒結(jié)，必須加入燒結(jié)助劑才能燒結(jié)。單獨(dú)添加二氧化鋯到氮化硅中，因高溫下氮化硅與二氧化鋯發(fā)生產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，致使材料不能致密化。以鎂鋁尖晶石為燒結(jié)助劑，使材料快速致密化，避免了產(chǎn)生氣體的反應(yīng)發(fā)生，可以得到高度致密材料。
氮化硅與鎂鋁尖晶石生成β′-Mg-Sialon固溶體，二氧化鋯一般不參與反應(yīng)，除了相變和微裂紋作用增韌外，還能顯著增大β′晶體的長(zhǎng)/徑比，使材料韌性得到明顯提高。
燒結(jié)助劑的添加量在3%以下時(shí)，作用過小，材料不能燒結(jié)。在15Wt%以上時(shí)，材料性能惡化，抗沖擊性、耐磨性顯著降低。二氧化鋯的加入量在1Wt%以下時(shí)，不顯示增韌效果，添加量在15wt%以上時(shí)，二氧化鋯變態(tài)量增加，體積效應(yīng)過大，燒結(jié)過程燒結(jié)體可能發(fā)生破壞。
將70～95%的高α相氮化硅粉，加上3～15%的鎂鋁尖晶石，和1～15%的未穩(wěn)定二氧化鋯，在1600～1800℃溫度，常壓(無壓)下，非氧化氣氛中，30分鐘至4小時(shí)燒結(jié)，制得高韌性氮化硅基陶瓷材料。此種材料的抗沖擊值和斷裂韌性(KIC)值均達(dá)一般熱壓氮化硅水平，抗沖擊強(qiáng)度為4.20公斤-厘米/厘米2，斷裂韌性(KIC)值達(dá)5MPam1/2。作為刀具，其耐磨性、抗沖擊性也達(dá)到熱壓氮化硅的水平。
權(quán)利要求
本發(fā)明是以氮化硅為基質(zhì)，加入一定量的燒結(jié)助劑，和一定量的未穩(wěn)定二氧化鋯，在無壓下燒結(jié)，制成高韌性氮化硅基陶瓷材料及其制造方法。以往，為得到高韌性氮化硅陶瓷材料，多采用熱壓工藝制備，工藝復(fù)雜，成本高。1、本發(fā)明的特征是以70～95Wt%的氮化硅為基質(zhì)，加上3～15Wt%的鎂鋁尖晶石，和1～15Wt%的未穩(wěn)定二氧化鋯，制成高韌性氮化硅基陶瓷材料。
2.權(quán)利要求
①中的配料，制成生坯后，置入石墨坩堝，埋入添加了0.5～5Wt%的二氧化硅、氧化鎂、鎂鋁尖晶石、二氧化鋯、氮化硼中之一種或兩種的氮化硅中，于1600～1800℃溫度，常壓(無壓)下，非氧化氣氛中，30分鐘至4小時(shí)燒結(jié)的制造方法。
專利摘要
本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域：
是陶瓷中的高溫工程陶瓷。以往的陶瓷材料或者抗沖擊性低下，或者用熱壓工藝制造，工藝復(fù)雜，成本高，產(chǎn)品形狀簡(jiǎn)單。本發(fā)明以氮化硅為基質(zhì)，加上鎂鋁尖晶石和未穩(wěn)定二氧化鋯，在常壓(無壓)下燒結(jié)制成高韌性氮化硅基陶瓷材料。氮化硅與添加劑鎂鋁尖晶石形成β-Mg-Sialon固溶體。本發(fā)明陶瓷材料可用來制成難加工材料切削刀具、金屬絲拔出模和防彈裝甲材料等。
文檔編號(hào)C04B35/58GK86100425SQ86100425
公開日1987年8月12日 申請(qǐng)日期1986年1月24日
發(fā)明者李文宏, 趙惠琴, 樊啟晟, 范景林, 林永壽, 顧培芷 申請(qǐng)人:國(guó)家建筑材料工業(yè)局山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan