[发明专利]一种钌原位包绕超微高纯Si3N4粉体的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及高性能结构陶瓷材料技术领域，尤其是涉及一种钌原位包绕超微高纯Si₃N₄粉体的表面改性方法

背景技术

氮化硅陶瓷独到的耐高温、抗氧化、抗热震、高温自润滑性等特性，使之成为极端高温结构材料的杰出代表。由于氮硅(Si-N)键的强共价性，  Si₃N₄在烧结过程Si、N原子自扩散系数非常低，极难烧结致密化，导致烧结温度提高到接近Si₃N₄分解温度。为了改变这种状况，较典型方法是通过添加金属氧化物(Al₂O₃、Y₂O₃、MgO等)形成液相共溶体，降低烧结温度，促进烧结致密化，但低熔点液相在冷却过程中以玻璃相的形式包围着Si₃N₄晶粒，大部分添加剂阳离子又往往富集在晶界玻璃相中，玻璃相无序的松散结构，高温下容易发生结构弛豫、蠕变现象，极可能演变为内外离子扩散的快速通道，极大劣化材料的高温性能。一些研究者提出使用稀土氧化物为添加剂使Si₃N₄晶界晶化，因液相烧结产生粗大的晶粒无法改善，材料性能提高有限。

随着纳米技术的发展，通过减小粉料的粒径降低烧结温度，采用超高压、热等静压、热压等方法获得致密的素坯，促进致密化，但这些方法也有一定的局限性，一方面超细粉体颗粒表面性能活泼，容易吸附团聚，分散困难，超高压、热等静压、热压等方法虽对粉体软团聚有一定的克服，粉体的硬团聚问题一直未能解决，而硬团聚引起晶粒生长不可控制，无法获得理想显微组织，影响最终性能。另一方面添加剂的加入，很难使其均匀分散于基体表面，造成添加剂分布不均，常使掺杂效果达不到预期要求，微量掺杂的加入方式及后处理不当，有可能带入某些杂质离子，引起二次污染，影响氮化硅陶瓷烧结性能和使用可靠性。进一步开发的物理气相沉积、化学气相沉积、真空溅射、离子镀等方法对Si₃N₄粉体进行表面改性，虽有一定作用，但设备复杂，成本高昂，无法实现规模化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钌原位包绕超微高纯Si₃N₄粉体的表面改性方法，该种超微高纯Si₃N₄粉体采用SiH₄ CVD法制备得到，其一次颗粒平均直径为90nm，表面残存胺基团具有一定吸附配位钌离子的能力，形成活性中心及金属离子自催化原位还原沉积，在Si₃N₄粉体表面均匀包覆高熔点钌，以改善氮化硅原粉表面特性促进烧结。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，该方法的步骤如下：

1)常温，不断搅拌下，将重量份为1～10份三价钌化合物溶解于50～50000份乙醇溶剂中，形成M³⁺醇溶液，浓度为0.1mM～1M Ru³⁺溶液；

2)将热CVD法制备的高分散原始超微Si₃N₄颗粒重量份为1～6份直接注入100～500份乙醇溶剂中，300r/min球磨混合2～6小时，搅拌均匀成悬浮液；

3)将上述步骤1中的钌化合物有机溶液滴注入步骤2的悬浮液，继续300r/min球磨混合2小时，使超微Si₃N₄颗粒表面的活性基团吸附Ru³⁺形成活性中心；钌、Si₃N₄悬浮液中，钌用量调节到Si₃N₄载钌含量为0.1～10wt.％。

4)在步骤3的悬浮液中滴加75％水合肼，搅拌均匀，氨水调节悬浮液pH值在8.5～10之间；注入压力容器，拧紧密封后，在80℃～150℃醇热反应1～10小时，将钌化合物中Ru³⁺还原为单质Ru⁰，并均匀沉淀包绕在Si₃N₄颗粒表面；悬浮液中所发生的反应如下：

N₂H₄+RuCl₃+2OH^-→Ru+3C1^-+N₂+3H₂O    (1)