[发明专利]一种氮化硅陶瓷的制备方法及由该方法制备的氮化硅陶瓷

说明书

【技术领域】

本发明涉及到一种氮化硅陶瓷的制备方法及由该方法制备的氮化硅陶瓷。

【背景技术】

氮化硅陶瓷是一种以α-Si₃N₄或β-Si₃N₄为主晶相的特种陶瓷材料，它具有一系列优良的性质，如高强度、高韧性、高导热、抗高温蠕变性能优良、耐磨性好、良好的自润滑能力。在用于制造高温叶片、高温阀、高温喷嘴、轴承、切削工具上有独到的优势。

传统的制备氮化硅陶瓷材料的方法包括：先进行干压、热压铸或等静压成型，再脱脂，最后在1600℃-1900℃进行无压烧结或加压烧结，烧结气氛一般为氮气气氛，以避免在此烧结温度范围内氮化硅分解气化。

由于氮化硅陶瓷材料的硬度大，机加工困难，难以用于制备复杂零部件，采用上述传统方法制备出的零部件因为毛刺较多，抛光困难导致表面粗糙度高，难以拓展到精密部件上使用。

为满足复杂零部件表面粗糙度的要求，通常对陶瓷表面进行处理，处理方法包括机械抛光，但是上述处理操作复杂，并且该处理会导致生产成本的增加，残次品率也会升高。

【发明内容】

本发明为了克服现有技术在制备结构复杂的氮化硅陶瓷材料时存在的上述问题，提供了一种操作方便，能降低氮化硅陶瓷材料表面粗糙度的方法。

本发明人发现使用陶瓷注射成型制造氮化硅陶瓷材料可以直接得到较低的表面粗糙度(Ra≤1μm，本文公开的表面粗糙度均按照GB/T 13841-1992测试得到)，无需另外进行表面处理，降低了生产成本，同时也提高了良品率。

本发明提供了一种氮化硅陶瓷材料的制备方法，该方法包括将氮化硅颗粒、烧结添加剂、粘接剂混合得到混合物，将所述混合物注射成型形成坯件，对所述坯件进行脱脂、烧结制得所述氮化硅陶瓷材料。

以所述氮化硅颗粒和烧结添加剂总重量为基准，所述氮化硅颗粒含量为80-95wt％。

所述氮化硅颗粒纵横比指数为1-2.5，氮化硅颗粒平均粒径不大于1μm。

所述粘结剂含有石蜡、高分子聚合物和有机酸。所述脱脂为溶剂脱脂和/或热脱脂。

通过本发明提供的方法制得的氮化硅陶瓷的表面粗糙度Ra≤1um，达到一般复杂精密零部件粗磨后表面粗糙度的要求(Ra≤1um)。

另外，发明人意外的发现通过本发明提供的方法制备的氮化硅陶瓷材料的密度也增大了。采用传统方法制得的氮化硅陶瓷材料20℃时密度为2.97-3.14g/cm³，氮化硅(Si₃N₄)20℃时理论密度为3.44g/cm³，(在制备氮化硅陶瓷材料的过程中，需要向氮化硅颗粒原料中加入烧结添加剂，但加入的烧结添加剂对烧结制得的陶瓷材料的密度影响很小，在本领域中会将这种影响忽略不计。本发明中氮化硅陶瓷材料的密度均按照GB/T 2413-1981测试得到)。

通过本发明公开的方法制备的氮化硅陶瓷材料与传统方法制备的氮化硅陶瓷材料相比，密度显著增加，表面粗糙度降低，如实施例1-5制备的氮化硅陶瓷制品A1-A5的表面粗糙度比CA1-CA2的要低很多，密度也比CA1、CA2的大，氮化硅陶瓷制品A1-A5的室温弯曲强度和高温弯曲强度都得到了提高。

【具体实施方式】

本发明提供了一种氮化硅陶瓷的制备方法，该方法包括将氮化硅颗粒、烧结添加剂、粘接剂混合得到混合物，将所述混合物注射成型形成坯件，对所述坯件进行脱脂、烧结制得所述氮化硅陶瓷。

氮化硅陶瓷是一种由α-Si₃N₄和β-Si₃N₄两相组成的特种材料。其中，α-Si₃N₄颗粒近似于球状，而β-Si₃N₄颗粒为针状。在氮化硅陶瓷材料中，以α-Si₃N₄为主相，β-Si₃N₄分散于主相中，能起到补强和增硬的作用。但是材料中β-Si₃N₄含量过高会导致材料强度和硬度都下降。