[發(fā)明專(zhuān)利]氮化硅陶瓷材料及其制備方法和陶瓷模具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910593679.2
• 申請(qǐng)日: 2019-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110330345B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾小鋒;朱福林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 衡陽(yáng)凱新特種材料科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/584
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/584;C04B35/80;C04B35/622;B22C9/02;B22C1/00
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 侯武嬌

本發(fā)明涉及一種氮化硅陶瓷材料及其制備方法和陶瓷模具，其按重量百分比計(jì)包括如下組分：氮化硅粉體80％～98％，氮化硅晶須和碳化硅晶須共1％～10％，及稀土氧化物1％～10％。上述氮化硅陶瓷材料，采用上述特定的組分及配比，通過(guò)氮化硅晶須和碳化硅晶須和稀土氧化物對(duì)氮化硅粉體的共同作用，不僅可以增強(qiáng)材料的抗熱沖擊性能，還能夠提高氮化硅陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度以及斷裂韌性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氮化硅陶瓷材料及其制備方法和陶瓷模具。

背景技術(shù)

目前的金屬熔液鑄造工業(yè)中使用的模具一般為砂磨和硬質(zhì)合金模具，其抗熱沖擊性差，容易被腐蝕，易帶入雜質(zhì)到到鋁液和銅液中去，影響產(chǎn)品質(zhì)量，脫模效果差。一般地，使用幾模或幾十模就需要更換模具，故而生產(chǎn)成本居高不下。

氮化硅，化學(xué)式為Si₃N₄，為原子晶體，是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。它是一種超硬材料，本身具有潤(rùn)滑性，并且耐磨損，高溫時(shí)抗氧化性好，抗冷熱沖擊性強(qiáng)，在空氣中加熱1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱也不會(huì)破碎，耐腐蝕，耐酸堿(氫氟酸除外)。氮化硅材料由于具有如此優(yōu)異的特性，非常適合用作金屬熔液加工設(shè)備中的鋁鑄造升液管、輻射管、熱電偶保護(hù)管等相關(guān)配件生產(chǎn)的模具。但目前已有的氮化硅陶瓷材料存在陶瓷脆性的特性，受限于其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性，目前氮化硅陶瓷材料還無(wú)法應(yīng)用到對(duì)力學(xué)沖擊要求較高的模具領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種能夠提高抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性的氮化硅陶瓷材料及其制備方法和陶瓷模具。

一種氮化硅陶瓷材料，按重量百分比計(jì)包括如下組分：氮化硅粉體80％～98％，氮化硅晶須和碳化硅晶須共1％～10％，及稀土氧化物1％～10％。

上述氮化硅陶瓷材料，采用上述特定的組分及配比，通過(guò)氮化硅晶須和碳化硅晶須和稀土氧化物對(duì)氮化硅粉體的共同作用，不僅可以增強(qiáng)材料的抗熱沖擊性能，還能夠提高氮化硅陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度以及斷裂韌性，故而該氮化硅陶瓷材料可應(yīng)用于對(duì)力學(xué)沖擊要求較高的模具領(lǐng)域，例如金屬熔液加工設(shè)備中的相關(guān)配件生產(chǎn)的模具。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氮化硅晶須和碳化硅晶須的長(zhǎng)徑比都為1:(15～30)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述稀土氧化物選自氧化釔、氧化鑭、氧化鐠及氧化鈧中的至少一種。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述稀土氧化物的中值粒徑為0.8微米～1.0微米。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氮化硅粉體中α相氮化硅的質(zhì)量含量大于91％，中值粒徑為0.6微米～0.8微米。

一種氮化硅陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：

將氮化硅粉體、氮化硅晶須和碳化硅晶須、稀土氧化物混合于有機(jī)溶劑制漿，再干燥造粒，得到造粒粉；在所述氮化硅粉體、氮化硅晶須和碳化硅晶須中按重量百分比計(jì)，氮化硅粉體為80％～98％，氮化硅晶須和碳化硅晶須共為1％～10％，稀土氧化物為1％～10％；

將造粒粉制成生坯；及

將所述生坯燒結(jié)成型。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將造粒粉制成生坯的步驟具體包括如下步驟：

將造粒粉采用雙向模壓成型至坯體的密度達(dá)到(1.6～1.8)g/cm³，再進(jìn)行等靜壓壓制，得到生坯；

其中，雙向模壓成型的壓力為120MPa～180MPa，等靜壓壓制的壓力為180MPa～240MPa。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將所述生坯燒結(jié)成型的步驟具體包括如下步驟：