[发明专利]塑性抗断裂氮化硅陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种塑性氮化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术：到目前为止，现有技术所制备的陶瓷在未被软化的条件下都是脆性的，脆性已成为陶瓷一个主要特征，更是限制其广泛应用的一个瓶颈。与金属材料相比，尽管陶瓷材料具有许多优良的物理化学性能，如耐高温、耐腐蚀，高硬度、低密度等，但由于其脆性使得其可靠性远远低于具有塑性的金属材料，从而限制了其更广泛的应用，例如航空发动机材料，尽管氮化硅陶瓷的各项高温性能都优于高温合金，也早已研制出了全陶瓷发动机，但限于其脆性，因而其可靠性明显不足，目前仍然不能投入实际应用。再如导弹壳体，在高速飞行过程中与空气产生较大的摩擦，产生大量的热量，其表面温度迅速提高，内外层之间产生较大的热应力，因此这种材料对耐高温性能和抗断裂性能都有很高的要求，它对材料的基本要求是质轻、耐磨、耐高温、抗氧化、抗断裂。氮化硅陶瓷在前四项上都优于合金材料，但由于其脆性，在热应力下易发生断裂，从而失去了其在此领域的应用资格。

发明内容：

发明目的：本发明提供一种塑性抗断裂氮化硅陶瓷及其制备方法，其目的是解决有些领域脆性陶瓷无法应用范围的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

一种塑性抗断裂氮化硅陶瓷，其特征在于：选用Si₃N₄，Y₂O₃和Al₂O₃为原料，采用冷等静压成型、温度波动的烧结技术制备而成，氮化硅、氧化铝和氧化钇按的质量比例为90：6：4。

氮化硅的纯度大于97.0％，粒度为d50小于0.5微米，其中，α相含量大于91.0％；氧化铝的纯度为99.95％，粒度d50小于0.6微米；氧化钇纯度为 99.99％，粒度d50为0.6微米；以纯氮为保护气体，氮气压力为4MPa。

一种如上所述的塑性抗断裂氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

(1)将氮化硅、氧化铝和氧化钇按90：6：4比例称量，用作制备塑性氮化硅陶瓷的原料；

(2)用球磨机将原料混匀；

(3)将料浆放入干燥箱中烘干；

(4)将混匀干燥的料粉造粒；

(5)将过筛粉料放入模具中，等静压成型，成型压力为170～210MPa，出模；

(6)将成型坯体放入烧结炉中，在指定的温度压力制度下进行烧结。

步骤(6)中的烧结制度为温度波动升温：温度在1500℃～1750℃温度区间波动，温度每1次升降为1次波动，波动次数在3次以上，每次升降温的最大波动幅度为15℃～150℃。

优点及效果：本发明提供一种塑性抗断裂氮化硅陶瓷，选用Si₃N₄，Y₂O₃和Al₂O₃为原料，采用冷等静压成型、温度波动的烧结技术制备而成，氮化硅、氧化铝和氧化钇按的质量比例为90：6：4。

本发明在材料的塑性变形过程中，将吸收掉外力对其做功所产生的能量，变成材料内部的储存能，而不发生断裂，因此塑性陶瓷还可广泛用作仪器设备的保护壳体以及其它受冲击、高负荷作用的部件，摔而不碎，撞而不碎。

通过上述步骤生产的氮化硅陶瓷，经落锤实验，表现出了明显的塑性变形，变形率均超过了10％，

附图说明：

图1未受冲击球体表面的SEM

图2受冲击后的球体表面的SEM

图3塑性陶瓷的TEM。

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明提供一种塑性抗断裂氮化硅陶瓷，选用Si₃N₄，Y₂O₃和Al₂O₃为原料，采用冷等静压成型、温度波动的烧结技术制备而成，氮化硅、氧化铝和氧化钇按的质量比例为90：6：4。

氮化硅的纯度大于97.0％，粒度为d50小于0.5微米，其中，α相含量大于91.0％；氧化铝的纯度为99.95％，粒度d50小于0.6微米；氧化钇纯度为99.99％，粒度d50为0.6微米；以纯氮为保护气体，氮气压力为4MPa。纯氮为氮气含量为99.9％的氮气。

一种如上所述的塑性抗断裂氮化硅陶瓷的制备方法，该方法的步骤如下：

1、将氮化硅、氧化铝和氧化钇按90：6：4比例称量，用作制备塑性氮化硅陶瓷的原料；