[發明專利]一種ZrN-Si3N4復相耐火材料粉體及其制備方法

無效

• 申請號: 201210062608.8
• 申請日: 2012-03-12
• 公開（公告）號: CN102584302A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 尹麗;黃朝暉;徐友果;易帥;關鳴;馬斌;劉艷改;房明浩
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種ZrN-Si₃N₄復相耐火材料粉體及其制備方法，屬于高溫復相材料制備技術領域。

背景技術：

鋯英石是一種重要的天然含鋯島狀硅酸鹽礦物，它是工業生產氧化鋯、氮化鋯、碳化鋯、硼化鋯、金屬鋯和鉿等化學品的主要工業礦物。鋯英石的晶體結構由[SiO₄]四面體和[ZrO₈]三角十二面體組成，高溫條件下[SiO₄]四面體經碳熱還原或碳熱還原氮化條件可轉化為高性能耐高溫的碳化硅或氮化硅材料，而[ZrO₈]三角十二面體則可轉化為氧化鋯或氮化鋯。近年來以鋯英石為原料經碳熱還原或碳熱還原氮化工藝合成ZrO₂-SiC，ZrN-Si₃N₄等復相耐高溫材料是鋯英石綜合高效利用研究的熱點問題之一。

氮化物材料由于其優異的性能越來越引起人們的重視，如ZrN材料由于具有高熔點、高強度、高韌性以及良好的耐磨性和低溫超導性等性能而被廣泛應用于現代工業生產；Si₃N₄陶瓷具有良好的化學穩定性，耐高溫、耐磨損、彈性模量大、熱膨脹系數小、導熱系數大等優良性能，是一種可滿足機械、電子、裝飾和高溫工業等領域應用要求的先進材料。ZrN基復相陶瓷材料由于具有化學和熱穩定好、硬度高、耐磨性優良、電阻率低等諸多優異性能更是引起了人們的廣泛關注。Si₃N₄-ZrN復相材料綜合了ZrN和Si₃N₄材料的性能優勢，具有優良的耐高溫、耐腐蝕、抗熱震、抗高溫溶液侵蝕等優異性能，可滿足耐高溫高強、耐機械沖刷、抗高溫金屬溶液及渣侵蝕使用條件，是一種可滿足冶金、石油化工、國防和航空航天等領域應用要求的先進復合材料。

目前，工業上生產ZrN的主要方法是采用昂貴的金屬鋯或氯化鋯在氮氣或氨氣中直接氮化法，該法具有生產成本較高的缺點。研究較多的ZrN薄膜材料大部分是依靠物理氣相沉積法(PVD)制備的，常用的方法有磁控濺射沉積、微弧氧化沉積、脈沖激光沉積等。ZrN薄膜也可采用化學氣相沉積法(CVD)制備，例如等離子體化學氣相沉積、金屬有機物化學氣相沉積等。這些方法具有生產設備復雜、成本較高、不宜大規模生產等缺點。ZrN-Si₃N₄復合材料通常是以ZrO₂和Si₃N₄或金屬硅粉等昂貴的工業原料按照一定的配比在高溫氮化的條件下而制備，不僅生產成本較高，而且這些原料的獲得需要經過較復雜的高溫過程，能源消耗較多。

目前，直接通過含鋯礦物獲得ZrN基復相材料的研究較少。因此尋找一種高效、低成本和低能耗的ZrN-Si₃N₄復相材料制備方法，將具有重要的意義。碳熱還原或碳熱還原氮化法具有生產成本低、原料來源廣泛、易于大規模生產、對產物成分可控性能較好等優勢，是目前無機材料制備尤其是硅酸鹽礦物的轉型利用重要手段之一。通過鋯英石的碳熱還原氮化反應不僅有望獲得高性能的ZrN-Si₃N₄復相材料，而且該工藝具有成本低、原料來源廣泛、易大規模生產、對產物可控性能較好等優勢。同時也為鋯英石和石英等富含鋯、硅元素的天然礦物的高效增值利用提供了一種新的技術途徑。

發明內容：

本發明的目的是提供一種成本低、流程短、能耗低和便于大規模生產的ZrN-Si₃N₄復相耐火材料粉體的制備方法。