[发明专利]一种两步烧结法制备表硬心韧Si3

权利要求书

1.一种两步烧结法制备表硬心韧Si₃N₄陶瓷材料的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)以Si₃N₄粉为基体原料，以Al₂O₃-Re₂O₃为烧结助剂，按照按Si₃N₄：Al₂O₃-Re₂O₃的质量分数比为98～80％：2～20％的配比经混料、干燥后，得到Si₃N₄-Al₂O₃-Re₂O₃的混合粉体，其中Re＝Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu中的任一种，所述的Al₂O₃-Re₂O₃中的Al₂O₃：Re₂O₃质量分数比为1～99％：99～1％；

(2)将Si₃N₄-Al₂O₃-Re₂O₃混合粉体，通过热压烧结获得Si₃N₄陶瓷坯体，此步骤中的热压烧结方法为：将混合粉体放入热压炉模具，以15℃/min的升温速率将温度升至1000～1250℃，然后以10℃/min的升温速率将温度升至1300～1700℃，然后以5℃/min的升温速率将温度升至1700～2000℃，并保温0.5～4h，整个烧结过程为1atm的氮气，烧结压力10～40MPa，通过热压烧结获得断裂韧性高的陶瓷坯体；

(3)将所得Si₃N₄陶瓷坯体经研磨抛光后作为陶瓷材料心部，再在心部坯体上下表面覆盖Si₃N₄-Al₂O₃-Re₂O₃混合粉体作为陶瓷材料表层，通过热压烧结获得表硬心韧Si₃N₄陶瓷材料，此步骤中的热压烧结方法为：以15℃/min的升温速率将温度升至1000～1250℃，然后以10℃/min的升温速率将温度升至1300～1700℃，并保温0.5～4h，整个烧结过程为1atm的氮气，烧结压力10～40MPa，通过热压烧结获得表层硬度高、心部韧性高的陶瓷坯体，其中心部厚度为5～50mm，表层厚度为0.5～10mm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述步骤(1)中，Si₃N₄粉纯度为95～100％，粒径为10μm；Al₂O₃粉纯度为99.99％；Re₂O₃粉纯度为99.99％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述步骤(1)中，将Si₃N₄和Al₂O₃-Re₂O₃按所述质量分数比进行配料，以乙醇为溶剂，以Si₃N₄球为球磨介质，在球磨机上混合4～24h，干燥后得到Si₃N₄-Al₂O₃-Re₂O₃混合粉体。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于上述步骤(1)中，球磨机是辊式球磨机，在辊式球磨机上混合24h。