[發明專利]一種導熱性優異的氮化硅陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610021550.0
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105732063A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 梁小利
• 申請（專利權）人: 梁小利
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/591
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 姜慶梅

技術領域

本發明涉及陶瓷材料技術領域，具體是一種導熱性優異的氮化硅陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

陶瓷的發展史是中華文明史的一個重要的組成部分，中國作為四大文明古國之一，為人類社會的進步和發展做出了卓越的貢獻，其中陶瓷的發明和發展更具有獨特的意義，中國歷史上各朝各代有著不同藝術風格和不同技術特點。隨著近代科學技術的發展，近百年來又出現了許多新的陶瓷品種。它們不再使用或很少使用粘土、長石、石英等傳統陶瓷原料，而是使用其他特殊原料，甚至擴大到非硅酸鹽，非氧化物的范圍，并且出現了許多新的工藝。其中氮化硅陶瓷就是一種新的陶瓷品種。氮化硅陶瓷材料熱膨脹系數低、導熱率高，故其耐熱沖擊性極佳。熱壓燒結的氮化硅加熱到l000℃后投入冷水中也不會破裂。在不太高的溫度下，氮化硅陶瓷材料具有較高的強度和抗沖擊性，但在1200℃以上會隨使用時間的增長而出現破損，使其強度降低，在1450℃以上更易出現疲勞損壞，所以氮化硅陶瓷材料的使用溫度一般不超過1300℃。由于氮化硅陶瓷材料的理論密度低，比鋼和工程超耐熱合金鋼輕得多，所以，在那些要求材料具有高強度、低密度、耐高溫等性質的地方用氮化硅陶瓷材料去代替合金鋼是再合適不過了。

美國專利US5908796提出氮化硅與碳化欽復相的材料可以得到更高的硬度、韌性，具有更優秀的性能。中國專利CN1760158A進一步提出，在氮化硅一碳化欽復相材料中加入一定量的納米碳化欽顆?？梢蕴岣卟牧闲阅?。但這些氮化硅陶瓷材料在導熱性能方便的表現并不優異，限制了其在高溫領域的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種導熱性優異的氮化硅陶瓷材料及其制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種導熱性優異的氮化硅陶瓷材料，由以下按照重量份的原料制成：硅粉76-85份、硼化鈦纖維5-10份、納米銅粉8-12份、氧化鋁粉末6-9份、羥乙基纖維素3-6份。

作為本發明進一步的方案：由以下按照重量份的原料制成：硅粉78-83份、硼化鈦纖維6-9份、納米銅粉9-11份、氧化鋁粉末7-8份、羥乙基纖維素4-5份。

作為本發明再進一步的方案：由以下按照重量份的原料制成：硅粉81份、硼化鈦纖維8份、納米銅粉10份、氧化鋁粉末7份、羥乙基纖維素5份。

所述導熱性優異的氮化硅陶瓷材料的制備方法，步驟如下：

1)稱取硅粉、硼化鈦纖維和氧化鋁粉末，球磨混合均勻，球磨時間為8-10h，獲得第一混合粉末；

2)將第一混合粉末在氮氣氛圍下進行煅燒，煅燒溫度為1000-1050℃，獲得煅燒產物；

3)將煅燒產物進行熱等靜壓處理，處理溫度為900-950℃，壓力為100-120MPa，獲得熱等靜壓產物；

4)將熱等靜壓產物在氮氣氛圍下進行燒結，燒結溫度為1210-1250℃，氮氣氣壓為2-5MPa，獲得第一燒結產物；

5)稱取納米銅粉和羥乙基纖維素，并與第一燒結產物合并，球磨混合12-15h，獲得胚料；

6)將胚料通過等靜壓成型，成型壓力為150-180MPa，成型后獲得素坯；

7)將素坯經過干燥后，放入熱壓燒結爐內，在8-10MPa的氮氣氛圍下進行燒結，獲得導熱性優異的氮化硅陶瓷材料，燒結方法為：先以4℃/min升溫至1450-1480℃，保溫2-4h，然后以1℃/min升溫至1650-1700℃，保溫2h后，再降溫至1200-1250℃，保溫1-2h。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明制備的導熱性優異的氮化硅陶瓷材料，其熱導率高達69-83W/(m*K)，高于現有的氮化硅陶瓷材料，導熱性能優異，有利于拓展氮化硅陶瓷材料在高溫領域的應用范圍。本發明制備的導熱性優異的氮化硅陶瓷材料，其抗彎強度為407-421MPa，斷裂韌性為6.21-6.53Pa·m^1/2，力學性能良好，能夠滿足高溫領域對氮化硅陶瓷材料力學性能的要求。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。

實施例1

一種導熱性優異的氮化硅陶瓷材料，由以下按照重量份的原料制成：硅粉76份、硼化鈦纖維5份、納米銅粉8份、氧化鋁粉末6份、羥乙基纖維素3份。

本實施例中所述導熱性優異的氮化硅陶瓷材料的制備方法，步驟如下：

1)稱取硅粉、硼化鈦纖維和氧化鋁粉末，球磨混合均勻，球磨時間為8h，獲得第一混合粉末；