一种氮化硅—碳化钛复合材料的制备方法

摘要

本发明属材料科学技术领域，特别涉及一种氮化硅粒度呈双峰分布的氮化硅—碳化钛复合材料的制备方法。提出了在微米级Si₃N₄基体中加入纳米级Si₃N₄颗粒和TiC颗粒的方法，通过分段温升、分段加压的热压烧结工艺，制备出基体氮化硅呈双峰分布的Si₃N₄/TiC纳米复合陶瓷材料。通过添加纳米Si₃N₄颗粒形成的类晶须晶粒双峰分布及纳米TiC颗粒增韧，使得纳米复合陶瓷材料获得了较高的强度、韧性、抗热震性能及抗氧化性能。所制备的纳米复合陶瓷材料硬度HV16～17.5GPa，抗弯强度900～1000MPa，断裂韧性7～7.5MPa·m^1/2，抗热震温差为650℃。

主权项

1.一种氮化硅-碳化钛复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：(1)纳米颗粒分散：首先测定纳米Si3N4和纳米TiC颗粒水悬浮液的Zeta电位，以聚乙二醇为分散剂，配制2vol％纳米粉末水悬浮液，调节水悬浮液pH；纳米Si3N4水悬浮液Zeta电位绝对值最大为40mV，悬浮液浓度为2vol％，pH＝9～9.5，分散剂聚乙二醇的分子量为1540，添加量为Si3N4粉末质量的0.4wt％；纳米TiC水悬浮液Zeta电位绝对值最大为45mV，悬浮液浓度为2vol％，pH＝9～10，分散剂聚乙二醇的分子量为1540～4000，添加量为TiC粉末质量的0.35～0.5wt％；(2)混料：纳米Si3N4和纳米TiC颗粒悬浮液与微米级Si3N4颗粒及烧结助剂Al2O3和Y2O3混和，再经干燥、过筛，得到分散良好的复合粉末；(3)烧结：采用高纯度氮气保护，分段温升、分段加压的热压烧结工艺；在1200℃～1250℃时，升温速度为80～100℃/分钟，压力为15MPa，在1250～1750℃时，升温速度为20～50℃分钟，压力逐渐升至30MPa；保温阶段温度为1750℃，压力30MPa，保温时间60分钟。