[發明專利]一種高強度氮化硅陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110537053.7
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113321513B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 楊文伍;任莉;陳禎禎
• 申請（專利權）人: 寧波銀瓷新材料有限公司
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/645;C04B35/628
• 代理公司: 蕪湖市昌強專利代理事務所(特殊普通合伙) 34203
• 代理人: 張宇江

本發明提供了一種高強度氮化硅陶瓷材料，由以下重量百分比的原料制備而成：氧化釔3～4％，氮化鈦1～2％，氧化鋁1～1.5％，改性六硼化鍶2～3％，其余為氮化硅，各原料的重量百分比之和為100％。本發明還提供了該高強度氮化硅陶瓷材料的制備方法。本發明所提供的高強度氮化硅陶瓷材料具有較好的硬度、抗彎強度、彈性模量以及抗熱震性能，適用于高性能要求的各種刀具。

技術領域

本發明涉及一種陶瓷材料，特別是涉及一種高強度氮化硅陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

陶瓷刀具材料由于具有高硬度、高耐磨性、高耐熱性和高化學穩定性等優良的性能，在高速切削領域和切削難加工材料方面與涂層刀具在內的硬質合金刀具相比具有較明顯的優勢。氮化硅陶瓷刀具的主要原料是自然界很豐富的氮和硅，用氮化硅代替硬質合金可節約大量W、Co、Ta和Nb等重要的金屬。不過氮化硅基陶瓷刀具材料也有其本身的弱點，比如強度和韌性不佳、熱膨脹系數較高、導熱性和抗熱震性偏弱，限制了其應用范圍。目前國內外對此進行了大量的研究，采用優化燒結工藝、添加第二相、自增韌機制、對材料進行相應的熱處理和低溫處理等增韌補強機制來提高氮化硅陶瓷材料的力學性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高強度氮化硅陶瓷材料，其具有較好的硬度、抗彎強度、彈性模量以及抗熱震性能，適用于高性能要求的各種刀具。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種高強度氮化硅陶瓷材料，由以下重量百分比的原料制備而成：氧化釔3～4％，氮化鈦1～2％，氧化鋁1～1.5％，改性六硼化鍶2～3％，其余為氮化硅，各原料的重量百分比之和為100％。

進一步地，本發明所述改性六硼化鍶由以下步驟制成：

將六硼化鍶、無水乙醇、超純水、氨水加入燒瓶中，室溫攪拌10分鐘后超聲分散10分鐘，然后將正硅酸四乙酯加入燒瓶中，攪拌反應4小時得到反應液，將反應液離心分離得到固體物，將固體物用去離子水洗滌3次，置于真空干燥箱中100℃下干燥24小時得到改性六硼化鍶。

進一步地，本發明所述改性六硼化鍶的制備步驟中，六硼化鍶、無水乙醇、超純水、氨水、正硅酸乙酯的比例為1g:1000mL:250mL:40mL:50mL，離心分離時的速度為4000轉/分。

進一步地，本發明所述氮化硅的純度≥99％。

本發明要解決的另一技術問題提供上述高強度氮化硅陶瓷材料的制備方法。

為解決上述技術問題，技術方案是：

一種高強度氮化硅陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.按重量百分比稱取各原料，將氧化釔、氮化鈦、氧化鋁、改性六硼化鍶、氮化硅加入無水乙醇，超聲分散25～30分鐘得到混懸液；

S2.將步驟S1所得混懸液加入球磨罐中，通氮氣保護下加入無水乙醇、球磨球，球磨10～12小時后得到球磨漿料；

S3.將步驟S2所得球磨漿料置于真空干燥箱中真空干燥8～10小時，取出后過200目篩得到混合粉料；

S4.將步驟S3所得混合粉料通過干壓成型得到壓坯；

S5.通氮氣保護下將步驟S4所得壓坯置于燒結爐中，真空熱壓燒結后隨爐冷卻至室溫得到高強度氮化硅陶瓷材料。

進一步地，本發明所述步驟S1中，無水乙醇的重量為氧化釔、氮化鈦、氧化鋁、改性六硼化鍶、氮化硅總重量的1.2倍。

進一步地，本發明所述步驟S2中，球磨球為硬質合金球，混懸液、無水乙醇、球磨球的質量比為1:1.2:8。

進一步地，本發明所述步驟S3中，真空干燥的溫度為100～120℃。