[發明專利]一種Si3N4基復合陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 201711015047.5
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107663093A
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 伍尚華;劉聰;郭偉明;趙哲
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/645
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 張春水,唐京橋

技術領域

本發明屬于陶瓷技術領域，具體涉及一種Si₃N₄基復合陶瓷及其制備方法。

背景技術

Si₃N₄陶瓷具有高強度、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、耐高溫和抗機械沖擊和抗熱沖擊性好等優異的性能，是重要的基板封裝材料和高溫結構材料，被廣泛應用于航天、化工、冶金、軍工及機械制造等領域。然而，Si₃N₄陶瓷因其較強的共價鍵和較低的擴散系數而難以燒結致密化，故現有大部分的Si₃N₄陶瓷的致密性較低，進一步限制了Si₃N₄陶瓷的發展和應用。

發明內容

為了解決現有Si₃N₄陶瓷致密性較低的這一技術問題，本發明的目的在于提供一種致密性高、力學性能優良的Si₃N₄基復合陶瓷。

本發明的具體技術方案如下：

一種Si₃N₄基復合陶瓷，其制備原料包括：Si₃N₄和添加劑；

所述添加劑為M_xO_y和Re₂O₃；

M選自Mg或Al，1≤x≤3，1≤y≤3；

Re選自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu。

優選的，所述Si₃N₄和添加劑的質量比優選為(85～95):(5～15)，更優選為(90～95):(5～10)。

優選的，所述添加劑中，M_xO_y和Re₂O₃的質量比優選為(1～50):(1～50)，更優選為1:1。

本發明還提供了一種Si₃N₄基復合陶瓷的制備方法，包括：在惰性氣體和真空條件下，將Si₃N₄和添加劑進行熱壓燒結，得到所述Si₃N₄基復合陶瓷；

其中，所述Si₃N₄和添加劑的質量比為(85～95):(5～15)；

所述添加劑為M_xO_y和Re₂O₃；

M選自Mg或Al，1≤x≤3，1≤y≤3；

Re選自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu。

優選的，所述熱壓燒結包括：

a)將Si₃N₄、M_xO_y和Re₂O₃的混合粉體以第一升溫速率升溫至第一溫度1000～1250℃，得到一次燒結體；

b)將所述一次燒結體以第二升溫速率升溫至第二溫度1300～1600℃，得到二次燒結體；

c)保溫0.5～2h后，以降溫速率降至1000～1400℃，最后隨爐冷卻，得到所述Si₃N₄基復合陶瓷。

更優選的，在步驟b)和步驟c)之間還包括：將所述二次燒結體以第三升溫速率升溫至第三溫度1600～2000℃，得到三次燒結體。

更優選的，所述第一升溫速率、第二升溫速率和第三升溫速率為5～15℃/min；

所述降溫速率為5～15℃/min。

優選的，所述惰性氣體為氮氣；所述真空條件的真空度為10Pa～0.1MPa。

優選的，所述熱壓燒結的載荷為20～40MPa。

優選的，在所述預壓之前還包括：將Si₃N₄、M_xO_y和Re₂O₃球磨，得到Si₃N₄、M_xO_y和Re₂O₃的混合粉體；