[發明專利]一種碳固溶氮化硅材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910033454.1
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109650903A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 華國民
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于材料科學技術領域，具體涉及一種碳固溶氮化硅材料及其制備方法。本發明運用機械合金化和自蔓延反應方法在氮化硅中固溶碳來調控氮化硅中的化學鍵，制備的碳固溶氮化硅材料為共價鍵和金屬鍵混合型，避免由于傳統材料微觀結構中的氮化硅/碳化硅纖維界面所導致的性能退化，達到強化氮化硅陶瓷材料的機械性能和耐磨性能的目的。本發明所述的碳固溶氮化硅材料具有結晶度高、高韌性、抗耐磨、輕質等優點；在高速陶瓷軸承，抗腐蝕陶瓷涂層等領域有著廣泛的應用。

技術領域

本發明屬于材料科學技術領域，具體涉及一種碳固溶氮化硅材料及其制備方法。

背景技術

氮化硅陶瓷材料作為重要的結構材料和功能材料有著廣泛的應用。但是由于其材料的硬度低，往往需要通過添加硬質相材料來提高氮化硅的機械性能。目前，廣泛使用碳化硅纖維的添加來增強氮化硅陶瓷材料的不足。碳化硅纖維來增強氮化硅陶瓷的性能取決于碳化硅纖維和氮化硅基體之間的界面屬性以及碳化硅纖維的尺寸、形狀和在氮化硅基體中的分布，這使得通過現有方法獲得的增韌氮化硅對制備工藝非常敏感，性能的穩定性和服役的可靠性都很差。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于克服現有技術中存在的技術缺陷，解決當前氮化硅強韌化不足的問題，提供一種碳固溶氮化硅材料及其制備方法，采用本發明方法制備的碳固溶氮化硅陶瓷材料具有良好的斷裂韌性及耐磨性能。

本發明通過以下技術方案實現上述目的，本發明提供了一種碳固溶氮化硅材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將硅粉、β-氮化硅粉、碳黑和氯化銨混合均勻后置于球磨罐中，加入無水乙醇后密封球磨罐，抽取罐中的空氣充入高純惰性氮氣后進行球磨；

（2）球磨后在紅外干燥箱中干燥，干燥后的粉末加入Al₂O₃和Y₂O₃混合均勻后壓片處理；

（3）壓片處理后置入自蔓延反應腔中，抽取反應腔中的空氣再充入高純氮氣，點火直至反應結束制得生成物；

（4）將步驟（3）中制得的生成物研磨粉碎，燒結成塊，獲得碳固溶氮化硅材料。

進一步地，步驟（1）中硅粉、β-氮化硅粉、碳黑和氯化銨的質量之比為37~41:51~57:5~10:2。

進一步地，步驟（1）中所述球磨的轉速為200~300rpm，球磨的時間為20 ~30小時。

進一步地，步驟（2）中所述紅外干燥箱的溫度為80~100攝氏度。

進一步地，步驟（2）中所述的加入Al₂O₃和Y₂O₃的質量均為步驟（1）中加入物質總質量的3~5%

進一步地，步驟（3）中充入高純氮氣后反應腔中壓力為7.5兆帕。

進一步地，步驟（4）中所述燒結條件為700~900攝氏度，35~40兆帕氣壓下。

本發明還提供了根據上述技術方案所述的制備方法制得的碳固溶氮化硅材料。