[發明專利]一種Sc－α－sialon陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810064549.1
• 申請日: 2008-05-21
• 公開（公告）號: CN101274853A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 葉楓;劉春鳳;張海礁;周玉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/599
• 分類號: C04B35/599;C04B35/622
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及一種α-sialon陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

α-塞隆(sialon)是α-Si₃N₄的固溶體，具有優良的熱、化學穩定性以及抗摩擦磨損性能，是重要的工程應用材料。燒結過程中，它能夠吸收液相中的金屬陽離子溶入自身的結構中，從而減少材料中的晶間相。

優化燒結助劑是獲得難熔晶相并進一步提高氮化硅基陶瓷高溫性能的常用方法。研究發現，大尺寸稀土離子穩定的α-sialon陶瓷中，晶間相的含量較高，而且在1300～1550℃使用時，α-sialon相不穩定，容易發生分解形成β-sialon和富含稀土的晶間相。另有研究認為，含有稀土的硅鋁氧氮玻璃的物理特性，如場強、粘度、軟化溫度以及玻璃轉化溫度等都隨著摻雜稀土的離子半徑的減小而降低。因此，選擇小尺寸的稀土元素作為α-sialon的穩定劑不僅改善材料的高溫穩定性，而且能夠提高晶間相的軟化溫度，進一步擴大其高溫工程應用前景。

鈧離子尺寸很小，只有0.073nm，用氧化鈧作氮化硅陶瓷的燒結助劑，晶間相熔點高，所得材料的高溫性能優良。但是用氧化鈧燒結α-sialon陶瓷，且獲得純的Sc-α-sialon陶瓷的研究還未見報道。由于現有的熱壓、無壓等燒結方法很難獲得Sc-α-sialon相，因而限制了氧化鈧的應用。

發明內容

本發明目的是為了解決現有技術不能獲得純的Sc-α-sialon陶瓷的問題，而提供一種Sc-α-sialon陶瓷材料及其制備方法。

本發明Sc-α-sialon陶瓷材料的通式為Sc_m/3Si_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n，其中0＜m＜5，0＜n＜5。

制備Sc-α-sialon陶瓷材料的方法按以下步驟實現：一、將氮化硅、氧化鋁、氮化鋁和氧化鈧按通式Sc_m/3Si_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n中的化學計量比混合，得到混料，將混料、氮化硅球和無水乙醇放入聚氨酯內襯磨罐或塑料筒中濕混8～24h，混合后在40～100℃的條件下烘干，得混合粉末；二、將混合粉末裝入石墨模具，然后放入放電等離子燒結爐中，在氮氣保護及單向壓力為5～100MPa的條件下，以30～200℃/min的升溫速率將溫度升至1250～1900℃，保溫0～10min，即得Sc-α-sialon陶瓷材料；其中步驟一通式中0＜m＜5，0＜n＜5；步驟一中混料與氮化硅球的質量比為1∶1.5～2.5，混料與無水乙醇的質量比為1∶1～1.5。

本發明獲得了純的Sc-α-sialon陶瓷材料，其工藝簡單、成本低、效率高、重復性好、所得陶瓷材料具有高達19.7GPa的硬度，且有長棒狀α-sialon晶粒的形成使得材料韌性好，達4.4MPm^1/2。

附圖說明

圖1為具體實施方式七中所得陶瓷材料的X-射線衍射譜圖，其中，○為β-sialon相，●為α-sialon相，▲為AlN-多型體；圖2為具體實施方式八中所得陶瓷材料的X-射線衍射譜圖，其中●為α-sialon相，▲為AlN-多型體；圖3為具體實施方式八中所得陶瓷材料的表面形貌圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式Sc-α-sialon陶瓷材料的通式為Sc_m/3Si_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n，其中0＜m＜5，0＜n＜5。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是通式中m＝n＝1。其它與具體實施方式一相同。