利用成份梯度设计制备高强高韧性层状氮化硅陶瓷的工艺

摘要

本发明的目的在于提供一种利用成份梯度设计制备高强高韧性层状氮化硅陶瓷的工艺。其技术方案为：（1）选择α-Al₂O₃、Y₂O₃作为烧结助剂；（2）配料，按照配料表的比例分别称取市售的α-Si₃N₄、α-Al₂O₃和Y₂O₃粉，用无水乙醇做分散介质，直径2-3mm的氮化硅球作研磨介质，在尼龙罐中球磨混匀，控制混合物料的粒度为D50=0.2μm左右；（3）成型，向上述混好的粉料中添加5wt%-9wt%浓度为3wt%的聚乙烯醇（PVA）溶液作为临时结合剂。按照图1中的装料顺序添加各种编号对应的物料，用等静压机100MPa下压制成块状，每一层的压后厚度需控制为2mm左右。（4）烧成。

主权项

一种利用成份梯度设计制备高强高韧性层状氮化硅陶瓷的工艺，其特征在于采用如下步骤：（1）烧结助剂的选择，考虑到烧成温度控制和避免层间剥离的原因，选择平均热膨胀系数相近的α‑Al₂O₃和Y₂O₃作为烧结助剂比较合适；用钇稳定氧化锆作烧结助剂制备强‑强界面层状增韧氮化硅陶瓷时，因为烧成中氧化锆的体积变化相对较大，在层间更易产生剥离；（2）配料，将市售的α‑Si₃N₄、α‑Al₂O₃、Y₂O₃粉分别按照表2的配比，用无水乙醇做分散介质，直径2‑3mm的氮化硅球作研磨介质，在尼龙罐中球磨，控制物料的粒度为D50=0.2μm左右；（3）成型，向上述混好的粉料中添加5wt%‑9wt%浓度为3wt%的聚乙烯醇（PVA）溶液作为临时结合剂，按照图1中的装料顺序添加各种编号对应的物料，用等静压机100MPa下压制成块状，每一层的压后厚度需控制为2mm左右；（4）烧成，压制好的试样放入气压烧结炉中气压烧结，制度为：RT‑600℃，40min，真空；600℃‑1030℃，40min，N₂压力0.5MPa；1030℃‑1400℃，45min，N₂压力0.5MPa；1400℃‑1400℃，30min，N₂压力0.5MPa；1400‑1600℃，60min, N₂压力1.5MPa；1600℃，30min, N₂压力1.5MPa；1600℃‑1690℃，45min，N₂压力6MPa；1690℃‑1690℃，40min，N₂压力6MPa；1690℃‑1750℃，30min，N₂压力7MPa；1750℃‑1750℃，60min，N₂压力7MPa，然后自然冷却，即可得到高强高韧性的层状氮化硅陶瓷材料。