[發明專利]一種氮化硼納米管增韌氮化硅陶瓷的方法及其制備的產品

在審

• 申請號: 201810030536.6
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108298996A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 駱麗杰;陳擁軍;李天峰
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/584;C04B35/622;C04B35/645;C01B21/064;B82Y30/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 張函;王春偉

本發明實施例提供了一種氮化硼納米管增韌氮化硅陶瓷的方法，包括：(1)稱取原料，基于所述原料的總質量，所述原料包括：88.8?90％的α?氮化硅，0.1?1.2％的氮化硼納米管，2?8％的氧化鋁，2?8％的氧化釓；(2)將除氮化硼納米管外的其它原料球磨指定時間后，再將氮化硼納米管加入繼續球磨，將到混合漿料；(3)將所述混合漿料經干燥、過篩后裝入模具中，在惰性氣氛中進行熱壓燒結。本發明提供的氮化硼納米管增韌氮化硅陶瓷的方法，將氮化硼納米管作為增韌相引入到氮化硅基體中，顯著地提高了氮化硅陶瓷的斷裂韌性。

技術領域

本發明涉及氮化硼陶瓷制備技術領域，特別是涉及一種氮化硼納米管增韌氮化硅陶瓷的方法及其制備的產品。

背景技術

氮化硅結構中，氮原子和硅原子的化學鍵非常強，因此氮化硅陶瓷具有硬度高、耐磨性好、抗熱震性好、化學穩定性佳等優點，廣泛應用于機械、化工、航空航天等領域。但是，氮化硅陶瓷依然具有陶瓷材料共有的缺點一脆性大。因此，如何改善氮化硅陶瓷的韌性，依然是陶瓷材料研究的熱點之一。

陶瓷材料的增韌方法包括相變韌化、晶須及顆粒韌化、纖維韌化、納米線及納米管韌化等。但是相變、晶須及顆粒韌化效果不是特別明顯，纖維韌化的操作工程較為復雜，同時產品的致密度較差，目前應用較多的是碳納米管增韌。由于碳納米管的高溫氧化而使其應用具有一定的局限性，而且碳納米管增韌的氮化硅陶瓷的斷裂韌性一般為8.5MPa·m^1/2(參見E.L.Corral,J.Cesarano III,A.Shyam,E.Lara-Curzio,N.Bell,J.Stuecker,N.Perry,M.D.Prima,Z.Munir,J.Garay,and E.V.Barrera,Engineered nanostructuresfor multifunctional single-walled carbon nanotube reinforced ailicon nitridenanocomposites,J.Am.Ceram.Soc.91(2008)3129–3137.)，增韌效果有限。

發明內容

氮化硼納米管是一種結構和碳納米管極為相似的一維納米材料，氮化硼納米管與碳納米管—樣具有優良的力學性能，楊氏模量在0.7–0.9TPa范圍。在熱學性能方面，理論和實驗結果都證明氮化硼納米管的熱導率與碳納米管相當。此外，氮化硼納米管相比碳納米管具有更好的熱穩定性和化學穩定性，抗氧化溫度可高達900℃，遠高于碳納米管(其氧化溫度為400–500℃)。發明人通過廣泛地研究，意外地發現，雖然氮化硼納米管的結構和碳納米管極為相似，但是其增韌氮化硅陶瓷的效果卻出人意料地明顯優于碳納米管；基于此，本發明提供了一種氮化硼納米管增韌氮化硅陶瓷的方法及其制備的產品，以克服碳納米管增韌氮化硅陶瓷效果不佳的問題。

具體技術方案如下：

本發明首先提供了一種氮化硼納米管增韌氮化硅陶瓷的方法，包括：

(1)稱取原料，基于所述原料的總質量，所述原料包括：88.8-90％的α-氮化硅，0.1-1.2％的氮化硼納米管，2-8％的氧化鋁，2-8％的氧化釓；

(2)將除氮化硼納米管外的其它原料球磨指定時間后，再將氮化硼納米管加入繼續球磨，將到混合漿料；

(3)將所述混合漿料經干燥、過篩后裝入模具中，在惰性氣氛中進行熱壓燒結。

在本發明的一些優選實施方式中，所述原料包括：88.8-89.4％的α-氮化硅，0.6-1.2％的氮化硼納米管，6％的氧化鋁，4％的氧化釓；優選地，所述原料包括：89.2-89.4％的α-氮化硅，0.6-0.8％的氮化硼納米管，6％的氧化鋁，4％的氧化釓。

在本發明的一些優選實施方式中，α-氮化硅的平均粒徑為600-800nm，氧化鋁的平均粒徑為200-400nm，氧化釓的平均粒徑為為400nm。