[發明專利]一種多孔陶瓷表面致密氮化硅涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201710330520.2
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107056335B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 李曉雷;孫永強;趙志浩;孟慶宇;季惠明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B41/87
• 分類號: C04B41/87
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明提供了一種多孔陶瓷表面致密氮化硅涂層及其制備方法，能夠在較低燒結溫度下在多孔陶瓷基體表面制備出與基體結合強度高且致密的氮化硅涂層，其主要成分為氮化硅，晶界相為鋇長石；其制備方法包括：采用淬火法制備燒結助劑BaO?Al₂O₃?SiO₂玻璃粉，先在多孔基體表面噴涂一層以玻璃粉為燒結助劑的氮化硅涂層，進行預燒結形成中間層；再在基體表面噴涂不同含量的玻璃粉為燒結助劑的氮化硅涂層，進行燒結獲得致密氮化硅涂層；本發明實現了氮化硅涂層的低溫燒結，降低了涂層對基體的影響；致密氮化硅陶瓷涂層和多孔基體結合強度較高；制備出的氮化硅涂層主要由α?Si₃N₄、β?Si₃N₄和鋇長石組成，保證了涂層的高溫性能。

技術領域

本發明屬于陶瓷涂層制備技術領域，具體涉及一種較低燒結溫度下在多孔陶瓷基體表面制備致密氮化硅涂層及方法。

背景技術

多孔陶瓷質輕，可加工性能良好，抗熱震性能好，低熱膨脹系數，低熱導率，孔隙的存在使其具有低介電常數和介電損耗，可以用作隔熱材料和透波材料等。但是在使用過程中，孔隙的存在會使多孔陶瓷吸收水汽而嚴重影響其介電性能；另外，多孔結構還使得力學性能以及隔熱性能的下降。

目前解決上述問題的方法主要集中在利用溶膠凝膠法、CVD法等在多孔基體表面制備致密陶瓷涂層。文獻“Comparison in microstructure and mechanical propertiesof porous Si₃N₄ ceramics with SiC and Si₃N₄coatings(Li X M,Yin X W,Zhang LT.et al.Materials Science and Engineering A.2009:1-7)”采用CVD工藝在多孔氮化硅表面分別均勻沉積四次SiC和Si₃N₄涂層，使得多孔基體維氏硬度提高到14.2GPa和10.1GPa，抗彎強度分別提高到298MPa和284MPa。但是CVD法生產周期長，效率低，對設備要求較高，無法對復雜形狀的基體進行沉積。文獻“Coating on Porous Si₃N₄Based Substrate withSol-Gel Slurry(Zhang C C,Li X L，Ji H M.et al.Integrated Ferroelectrics,2012,138(1):111-116.)”、“多孔氮化硅表面封孔增強涂層研究(王樹彬，李世杰，張躍.無機材料學報.2008(4)：769-773)”和“硅灰石對LAS系微晶釉料性能的影響(張曉麗，李勇。硅酸鹽學報.2010，38(6)：1093-1097)”利用溶膠凝膠法成功制備了Sialon、Li₂O-Al₂O₃-SiO₂和CaO-SiO₂-B₂O₃等涂層，使基體的吸水率下降了91％～97％，強度提高了9％～29％，并且涂層對多孔基體的介電常數和介電損耗影響很低。但是溶膠凝膠法難以制備出較厚的涂層，工藝繁瑣復雜，熱處理時涂層內部容易出現裂紋，且效率較低。