[发明专利]一种原位合成氮化硅/硼化锆复相陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于于陶瓷材料技术领域，公开了一种原位合成氮化硅/硼化锆复相陶瓷及其制备方法和应用，所述氮化硅/硼化锆复相陶瓷是将预氧化的ZrB₂、Si粉和烧结助剂MgO‑Y₂O₃经混料，干燥后得到Si‑ZrB₂‑MgO‑Y₂O₃混合粉体；将混合粉体进行造粒和成型，再采用冷等静压制得Si‑ZrB₂‑MgO‑Y₂O₃坯体；将坯体在氮气气氛下，升温至1300～1450℃烧结，然后升温至1500～1600℃烧结并保温制得。本发明方法所制备的Si₃N₄‑ZrB₂复相陶瓷的相对密度为95～99％，硬度为18～25GPa，断裂韧性为10～15MPa·m^1/2，抗弯强度为800～1200MPa。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种原位合成氮化硅/硼化锆(Si₃N₄-ZrB₂)复相陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

Si₃N₄陶瓷作为一种结构陶瓷，具有高强、高硬、高韧、耐磨、耐高温、以及高导热等优异性能，在工业界具有广泛的应用。通常Si₃N₄陶瓷以高纯Si₃N₄粉体为原料，添加烧结助剂促进致密化，但是这种方法制备成本较高。

近年来，虽然出现了以Si粉为原料，通过反应气压烧结制备Si₃N₄陶瓷，降低成本。但是由于Si粉氮化的速度比较缓慢，并且氮化后形成的Si₃N₄致密化较困难，很难获得高致密、高性能的Si₃N₄陶瓷。即Si粉反应烧结制备Si₃N₄陶瓷主要存在Si粉氮化时间较长的问题，如此长周期并且苛刻的制备工艺部分抵消了以Si粉为原料带来的低成本优势。基于以上Si粉氮化困难，目前主要通过往Si粉中添加ZrO₂、TiO₂、稀土氧化物等作为催化剂促进氮化，但是，在现有的技术中都只是通过Si粉反应烧结制备Si₃N₄陶瓷，然而，考虑到有些需要更高硬度以及导电的场合，现有技术却无法满足。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种氮化硅/硼化锆陶瓷。

本发明另一目的在于提供上述氮化硅/硼化锆陶瓷的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述氮化硅/硼化锆陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种原位合成氮化硅/硼化锆复相陶瓷，所述氮化硅/硼化锆复相陶瓷是将预氧化的ZrB₂、Si粉和烧结助剂MgO-Y₂O₃经球磨混料干燥后，得到Si-ZrB₂-MgO-Y₂O₃混合粉体；将混合粉体进行造粒和成型，再采用冷等静压在100～300MPa保压制得Si-ZrB₂-MgO-Y₂O₃坯体；将坯体在氮气气氛下，升温至1300～1450℃烧结，然后升温至1500～1600℃烧结制得。

优选地，所述氮化硅/硼化锆复相陶瓷的相对密度为95～99％，硬度为18～25GPa，断裂韧性为10～15MPa·m^1/2，抗弯强度为800～1200MPa。