[发明专利]一种氮化硅烧结体及其制备方法

说明书

本发明提供一种氮化硅烧结体及其制备方法，氮化硅烧结体主要由氮化硅结晶、以及弥散分布于所述氮化硅结晶之间的金属第二相组成，其中，所述金属第二相的主要成分包括以钨和/或铼为主要成分的金属单质和/或合金。通过在氮化硅中引入具有非脆性断裂和耐高温特性的金属钨和/或铼的单质和/或合金，使氮化硅烧结体在常温和高温下均具有优异的力学性能。

技术领域

本发明提供了一种金属颗粒或纤维增强的氮化硅烧结体及其制备方法，属于材料领域。

背景技术

氮化硅陶瓷具有优异的力学性能以及耐高温、抗热震、耐腐蚀等特性，在许多领域有着广泛的应用，但相对于金属材料其韧性仍然太低，在应用中仍受到限制。钨、铼及其合金材料具有极高的熔点、高伸长率、优异的力学性能以及与氮化硅陶瓷相近的热膨胀系数和弹性模量等特点，成为氮化硅陶瓷理想的第二相增韧材料。将钨和/或铼为主要成分的单质或合金引入到氮化硅烧结体中，通过它们在断裂过程中的塑性变形，可以极大的提高断裂能，阻碍氮化硅烧结体的断裂。

然而，热力学计算以及实验均表明金属钨、铼与氮化硅陶瓷在温度高于1400℃左右后会发生化学反应，而氮化硅陶瓷烧结温度一般在1500℃～1900℃，导致钨、铼或其合金的金属状态无法在烧结过程保留下来，材料无法获得预期性能。反应烧结氮化硅虽然烧结温度低，但残余硅与金属钨或铼发生反应所需温度更低，也无法保留钨、铼或其合金的金属状态。因此，目前尚没有将钨和/或铼为主要成分的单质或合金以离散颗粒或不连续纤维形式引入到氮化硅烧结体中的材料。

发明内容

本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于，提供一种含有金属钨、铼或其合金的氮化硅烧结体及其制备方法。该烧结体具有优异的力学性能。

一方面，本发明提供一种氮化硅烧结体，其主要由氮化硅结晶、以及弥散分布于所述氮化硅结晶之间的金属第二相组成，其中，所述金属第二相的主要成分包括以钨和/或铼为主要成分的金属单质和/或合金。

根据上述发明，通过在氮化硅中引入具有非脆性断裂和耐高温特性的金属钨和/或铼的单质和/或合金，使氮化硅烧结体在常温和高温下均具有优异的力学性能。

较佳地，氮化硅结晶和金属第二相总含量不低于氮化硅烧结体总量的75wt％。

较佳地，金属第二相中，钨和铼的总量不低于金属总量的75wt％。

较佳地，所述金属第二相以颗粒和/或非连续纤维的状态存在。

优选地，所述颗粒为球状、棒状或片状。

优选地，所述颗粒和/或纤维的直径在0.1μm～200μm。

较佳地，所述金属第二相的含量占氮化硅烧结体总量的0.5vol％～35vol％。

另一方面，本发明提供一种氮化硅烧结体的制备方法，将氮化硅粉体、烧结助剂、以及用于形成第二相的金属均匀混合得到粉体原料，成型后在氮气气压下烧结制备。

根据上述发明，在氮化硅烧结体烧结过程中施加氮气气压，有效抑制金属钨或/和铼的单质或合金与氮化硅结晶之间的化学反应，使得金属钨或/和铼的单质或合金在烧结过程中能够有效保留下来，提高氮化硅烧结体的力学性能。

较佳地，氮化硅粉体的粒径可为0.3μm～20μm，烧结助剂的粒径可为0.1μm～20μm。

较佳地，将得到的粉体原料经10～80MPa干压和120～300MPa冷等静压成型或直接120～300MPa冷等静压成型。

较佳地，所述氮气气压为0.5～20MPa。

较佳地，所述烧结是在1500～1900℃烧结1～5h。

本发明提供的氮化硅烧结体具有良好的抗弯强度、断裂韧性、抗热震性，可应用于机械、冶金、航空等领域。

附图说明