[发明专利]一种用预制的YAG纳米粉作为烧结助剂的碳化硅陶瓷生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种用预制的YAG纳米粉作为烧结助剂的碳化硅陶瓷生产工艺，属于陶瓷领域。

背景技术

碳化硅陶瓷非常难烧结，如果要碳化硅粉体材料自身烧结，即便在非常高的温度下，粉末之间也仅有微量的颈部长大，而不发生体积收缩致密化。因此，其烧结通常需在很高温度(2300-2400K)下进行，并且需要加入少量添加剂或施加高的机械压力。以施加一定压力为特征的就是热压或热等静压烧结。从机械性能上看，热压烧结的碳化硅陶瓷具有很高的烧结密度、抗弯强度和断裂韧性。尤其是有优异的高温力学性能(1600度以上力学性能还略有增强)，可以应用于各个碳化硅结构陶瓷领域。但是由于热压烧结过程中必须对陶瓷素坯进行包封，因此无法大批量生产，限制了其在工业化生产中的应用。

在体系中添加烧结助剂的无压烧结方法是最有前途的制备高性能碳化硅陶瓷的工业生产方法。根据烧结助剂在烧结过程中的状态，无压烧结还可以分为固相烧结和液相烧结。固相烧结通常是在体系中加入适量的碳化硼和碳，而液相烧结则加入适量的助熔剂而在烧结时呈现液态。相对而言，液相无压烧结方法具有更低的烧结温度、与热压烧结相当的力学性能(固相烧结断裂韧性较差、断裂模式为典型的穿晶断裂，晶粒粗大且均匀性差，而液相烧结有弱化的界面、强度和韧性显著提高、断裂模式为典型的沿晶断裂)和高温强度和抗氧化性。因此，液相无压烧结碳化硅是制备高性能碳化硅陶瓷最有前景的工业化方法。液相烧结可以在较低的温度下烧结得到与热压烧结产品相当的断裂韧性和弯曲强度并且具有复杂形状和大尺寸的碳化硅部件。

液相烧结体系，特别是SiC-Al₂O₃-Y₂O₃，已成为近年来的重点发展方向。

在SiC-Al₂O₃-Y₂O₃液相烧结体系，目前采用的生产技术是将烧结助剂Al₂O₃和Y₂O₃(是未发生化学结合的、各自独立的原料Al₂O₃和原料Y₂O₃)与碳化硅粉及结合剂直接混合，进行球磨，然后，经干燥，造粒，模压成型，固化定型，粗机械加工，高温烧结，机械精加工等步骤，最终形成碳化硅陶瓷产品。据了解，在上述工艺中，球磨不足或球磨不到位，会造成烧结助剂分布不均，这包括烧结助剂整体的分布不均以及构成烧结助剂的各主要成份的分布不均，并常因此影响到烧结产品的品质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种新的技术方案，该新方案应当有助于消除上述的由于球磨不足或球磨不到位所造成的烧结助剂分布不均(这包括烧结助剂整体的分布不均以及构成烧结助剂的各主要成份的分布不均)所带来的对烧结产品品质的负面影响。

本发明通过如下技术方案解决所述技术问题，该技术方案提供一种用预制的YAG纳米粉作为烧结助剂的碳化硅陶瓷生产工艺，该工艺是采用烧结助剂的生产工艺，该工艺是液相烧结生产工艺，烧结助剂中含有钇(Y)元素和铝(Al)元素，该工艺的主要原料是碳化硅粉和烧结助剂以及结合剂，经混合、模压成型、固化、高温液相烧结等主要工艺步骤，形成碳化硅陶瓷产品，其特征在于，该工艺用预制的YAG纳米粉作为烧结助剂，所述预制的YAG纳米粉的主要成份是纳米粉态的钇铝石榴石。所述结合剂例如PVB，PVA。所述预制的YAG纳米粉还可以含有其它一些掺杂成分，所述掺杂成分例如La元素，Sm元素，Yb元素，Mg元素等。所述碳化硅陶瓷生产工艺中，原料里还可以含有增塑剂以及润滑剂。

所述预制的YAG纳米粉可以采用共沉淀法进行生产，所述共沉淀法，其工艺过程包括以下步骤：a，将含有钇元素和铝元素的混合溶液与沉淀剂混合，形成含有钇(Y)元素和铝(Al)元素的沉淀物；b，热处理。所述混合溶液例如：含有钇元素和铝元素的无机盐溶液，含有钇元素和铝元素的有机盐溶液。所述无机盐例如：硝酸盐，硫酸盐，盐酸盐。所述有机盐例如：醋酸盐，顺丁烯二酸盐。所述沉淀剂例如：尿素，草酸，碳酸钠，碳酸氢铵，碳酸铵，氨水等。在用共沉淀法生产所述预制的YAG纳米粉的工艺过程中，还可以包括以下工艺步骤：过滤，洗涤，干燥。所述热处理的温区可以在300℃～1500℃温区。