[发明专利]一种高致密长寿命的氮化硅陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化硅陶瓷材料，特别涉及一种高致密、长寿命的氮化硅陶瓷材料以及用于制备该氮化硅陶瓷材料的组合物。 

背景技术

氮化硅陶瓷球具有高强度、高刚度、比重轻、耐磨损、耐腐蚀、耐冷热冲击、自润滑免维护以及电绝缘等优异性能，是目前制造各类精密陶瓷轴承的首选轴承球。氮化硅陶瓷球还可以作为阀球、测量球、研磨球而广泛应用于航空、航天、机械和化工等领域。 

氮化硅陶瓷球的种类多种多样，例如R·L·耶克利发明的“具有高疲劳寿命的氮化硅轴承球”(CN1143944)；张培志发明的“一种大尺寸陶瓷球的制备方法”(CN101125755A)，其中都采用了昂贵的热等静压(HIP)烧结工艺，并且轴承球的后期加工成本高；张宝林公开的“用于轴承球的塞隆陶瓷及其制备方法”(CN1270944)采用气压烧结虽然可以降低生产成本，近净尺寸烧结氮化硅轴承球，但其采用较多的Y₂O₃、Al₂O₃、AlN，造成氮化硅材料性能降低，室温断裂韧性仅为5.5～6.2MPa·m^1/2，强度仅为607～756MPa，限制了氮化硅陶瓷球在高转速、大载荷环境下的使用。 

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种高致密、长寿命的氮化硅陶瓷材料，以及用于制备该氮化硅陶瓷材料的组合物。 

用于实现本发明的目的的技术方案如下： 

一种氮化硅陶瓷材料，其晶相包含Si、N、Al、Y和O元素，以及一种或多种选自Zr、Ce、Sm和La的元素，按氮化硅陶瓷材料的总重量计，氮化硅的含量为85～98％(重量)；Al的含量为0.5～6％(重量)，优选为0.5～3.5％(重量)；Y的含量为1～5％(重量)，优选为1～2.5％(重量)；Zr的含量为1～5％(重量)，优选为2～3％(重量)；Ce的含量为0.5～2％(重量)，优选为0.5～1％(重量)；Sm的含量为0.5～2％(重量)，优选 为0.5～1％(重量)；La的含量为0.5～2％(重量)，优选为1～1.5％(重量)。 

在上述氮化硅陶瓷材料中，Al、Y、Zr、Ce、Sm和La均以多元氧化物的形式存在。 

上述氮化硅陶瓷材料优选为氮化硅陶瓷球。氮化硅陶瓷球可以用作轴承球、研磨球、阀球或测量球，优选用作轴承球。 

一种用于制备氮化硅陶瓷材料的组合物，该组合物包含氮化硅，含钇化合物，含铝化合物，以及一种或多种选自含锆化合物、含铈化合物、含钐化合物和含镧化合物的化合物，按组合物的总重量计，氮化硅的含量为85～98％(重量)；含铝化合物的含量为0.5～6％(重量)，优选为0.5～3.5％(重量)；含钇化合物的含量为1～5％(重量)，优选为1～2.5％(重量)；含锆化合物的含量为1～5％(重量)，优选为2～3％(重量)；含铈化合物的含量为0.5～2％(重量)，优选为0.5～1％(重量)；含钐化合物的含量为0.5～2％(重量)，优选为0.5～1％(重量)；含镧化合物的含量为0.5～2％(重量)，优选为1～1.5％(重量)。 

在上述组合物中，所述含钇化合物选自钇的氧化物、钇的氢氧化物和钇的硝酸盐中的一种或多种；所述含铝化合物选自铝的氧化物、铝的氢氧化物和铝的硝酸盐中的一种或多种；所述含锆化合物选自锆的氧化物、锆的氢氧化物和氧氯化锆中的一种或多种；所述含铈化合物选自铈的氧化物、铈的氢氧化物和铈的硝酸盐中的一种或多种；所述含钐化合物选自钐的氧化物、钐的氢氧化物和钐的硝酸盐中的一种或多种；含镧化合物选自镧的氧化物、镧的氢氧化物和镧的硝酸盐的一种或多种。