[发明专利]纳米Fe或Fe2O3包覆Si3N4颗粒的复合粉末及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种纳米Fe或Fe₂O₃包覆Si₃N₄颗粒的复合粉末及其制备方法。

背景技术：

金属陶瓷作为一种金属或陶瓷复合材料既具有陶瓷材料的高强度、高硬度又具有金属材料的韧性、可加工性等优点，成为目前材料改性的一个主要有效方式。近年来，复合型(尤其是核壳式)纳米材料的技术兴起，为金属陶瓷的发展开辟了全新的道路。将金属与陶瓷在纳米尺度上以某种方式结合在一起而构成的复合粒子，不仅能有效地提高材料的性能，而且往往会产生许多新的优异特性，如提高纳米粒子的稳定性，调节其光学性能、磁学性能、热学性能、电学性能以及表面活性和敏感特性，使其满足多种特殊需求，具有较高的应用价值。

金属相与陶瓷相本身的性能对金属陶瓷性能起着决定性作用。Si₃N₄作为一种高温陶瓷，在高温领域较其它高温陶瓷有着不可比拟的均衡优势，与之相比，氧化铝陶瓷耐热冲击差，强度低；氧化锆陶瓷高温强度低，硬度低；碳化硅陶瓷的抗弯强度只达到氮化硅陶瓷的一半。金属Fe与其它金属相比具有中等熔点与很好的强度和韧性，与陶瓷复合，能有效地改善陶瓷的韧性，并能承受一定的高温。采用纳米技术，将纳米Fe与Si₃N₄复合制备金属陶瓷目前却鲜有人研究，但其应用前景极为广阔与诱人。其制备的Fe或Si₃N₄金属陶瓷具有模量高、硬度高、化学稳定性好、密度低、机械强度高、硬度大、耐磨、耐高温、耐腐蚀等特点，可用来制造要求一定韧性的高强度、耐磨损、耐高温等部件，在国防军工、航空航天、医疗、汽车发动机、电子元件等领域具有广泛的用途。此外，纳米Fe或Fe₂O₃具有优良的磁性，将其与非磁性的绝缘Si₃N₄陶瓷基体复合兼具备了纳米材料、磁性材料、陶瓷材料多重性能，使他们在磁介质、抗腐蚀材料、抗氧化材料、高温磁性材料、高温吸波材料等方面也有着广阔的应用前景。

发明内容：

本发明目的在于：采用纳米或微米技术，在Si₃N₄颗粒表面均匀包覆上一层纳米Fe或Fe₂O₃薄层，并使复合颗粒中的Fe或Fe₂O₃与Si₃N₄配比，纳米Fe或Fe₂O₃包覆薄层厚度及包覆形态具有可控性，Fe或Fe₂O₃为Si₃N₄重量百分比的1％-90％。

为达到上述目的，本发明所采用的方案是：

选用Si₃N₄粉末，颗粒大小控制在10nm-20um之间；

使用分散剂如有机胺及其盐、表面活性剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、聚合物等，加入范围控制在溶质量质量百分含量0.01-10％范围内，超声波与搅拌，获得分散良好的Si₃N₄悬浮液。

控制铁盐溶液与碱溶液加入速度、溶液的最终PH值控制在6-12，使得铁盐与碱溶液充分均匀的反应，生成的铁氧化合物最终能均匀包覆在Si₃N₄颗粒表面。二价或三价的铁盐为铁的氯化物、硫酸盐、摩尔盐或草酸盐；碱盐为Na₂CO₃、NaHCO₃、NH₃.H₂O、NH₃HCO₃、NaOH、KOH、kHCO₃或K₂CO₃。

采用分步包覆法，获得Fe或Fe₂O₃包覆Si₃N₄颗粒复合粉末中的Fe或Fe₂O₃质量比含量高达90％，并且包覆均匀。