[其他]無壓燒結高韌性氮化硅基陶瓷材料及其制造方法

無效

• 申請號: 86100425
• 申請日: 1986-01-24
• 公開（公告）號: CN86100425A
• 公開（公告）日: 1987-08-12
• 發明（設計）人: 李文宏;趙惠琴;樊啟晟;范景林;林永壽;顧培芷
• 申請（專利權）人: 國家建筑材料工業局山東工業陶瓷研究設計院
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明所屬技術領域是陶瓷中的高溫工程陶瓷。

本發明的特征是以氮化硅為基質，加入一定量的燒結助劑，再加入一定量的未穩定的二氧化鋯，在無壓（常壓）下進行燒結，制得高韌性氮化硅基陶瓷材料。

陶瓷材料的一個根本弱點是它的脆性，這也限制了它的使用范圍，因為不論將陶瓷用作切削刀具、金屬絲撥出模具、或者防彈裝甲材料，都要求材料具有較好的韌性。以往，為了改善陶瓷的脆性，對氮化硅基陶瓷多采用熱壓工藝制造，以便得到高密度高韌性材料，但其工藝復雜，成本高。國內七十年代末期的熱壓氮化硅，抗沖擊強度僅達4公斤-厘米/厘米²。英國魯卡斯公司研制成功Syalon陶瓷材料，采用無壓燒結工藝，其性能可與熱壓材料相媲美，但除先合成氮化硅外，還須合成15R等原料，工藝也很復雜。

本發明為了解決陶瓷材料抗沖擊性低下和熱壓材料工藝復雜，成本高的問題，采用在氮化硅基質中加入鎂鋁尖晶石作為燒結助劑，加入未穩定二氧化鋯，一方面作為彌散體提高燒結體的韌性，一方面還能使晶體的長/徑比增加，進一步提高燒結體韌性。

氮化硅是強共價鍵材料，自身不能燒結，必須加入燒結助劑才能燒結。單獨添加二氧化鋯到氮化硅中，因高溫下氮化硅與二氧化鋯發生產生氣體的反應，致使材料不能致密化。以鎂鋁尖晶石為燒結助劑，使材料快速致密化，避免了產生氣體的反應發生，可以得到高度致密材料。

氮化硅與鎂鋁尖晶石生成β′-Mg-Sialon固溶體，二氧化鋯一般不參與反應，除了相變和微裂紋作用增韌外，還能顯著增大β′晶體的長/徑比，使材料韌性得到明顯提高。

燒結助劑的添加量在3%以下時，作用過小，材料不能燒結。在15Wt%以上時，材料性能惡化，抗沖擊性、耐磨性顯著降低。二氧化鋯的加入量在1Wt%以下時，不顯示增韌效果，添加量在15wt%以上時，二氧化鋯變態量增加，體積效應過大，燒結過程燒結體可能發生破壞。

將70～95%的高α相氮化硅粉，加上3～15%的鎂鋁尖晶石，和1～15%的未穩定二氧化鋯，在1600～1800℃溫度，常壓（無壓）下，非氧化氣氛中，30分鐘至4小時燒結，制得高韌性氮化硅基陶瓷材料。此種材料的抗沖擊值和斷裂韌性（K_IC）值均達一般熱壓氮化硅水平，抗沖擊強度為4.20公斤-厘米/厘米²，斷裂韌性（K_IC）值達5MPam^1/2。作為刀具，其耐磨性、抗沖擊性也達到熱壓氮化硅的水平。