[发明专利]一种耐腐蚀氮化硅陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种耐腐蚀氮化硅陶瓷及其制备方法和应用，属于氮化硅陶瓷制备技术领域。本发明所述耐腐蚀氮化硅陶瓷，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：氮化硅粉75～92％；六铝酸钙粉2～10％；碳化硅粉3～15％；氧化铬粉0.5～5％；二氧化硅粉0.2～3％。本发明以六铝酸钙作为主烧结助剂，以氧化铬和二氧化硅作为辅助烧结助剂，其中六铝酸钙具有优异的耐腐蚀性，在烧结过程中能够形成高耐腐蚀性晶界相，从而提高氮化硅陶瓷的耐腐蚀性，所得氮化硅陶瓷在酸性或碱性环境中具有低重量减少率和弯曲强度减少率。

技术领域

本发明涉及氮化硅陶瓷技术领域，特别涉及一种耐腐蚀氮化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术

氮化硅陶瓷具有优异的综合性能，作为工程陶瓷材料广泛应用于机械、冶金、化工、电子及航空航天等领域。氮化硅是强共价键化合物，自扩散系数很低，需要加入一定量的烧结助剂，通过液相烧结来实现致密化。烧结完成后烧结助剂形成的液相作为晶界相存在于氮化硅陶瓷中，对氮化硅陶瓷的性能具有重要影响。

Y₂O₃-Al₂O₃体系是氮化硅陶瓷最常用的烧结助剂，以其作为烧结助剂制备的氮化硅陶瓷具有较高的弯曲强度和断裂韧性，但Y₂O₃-Al₂O₃在氮化硅烧结过程中形成的晶界相耐腐蚀性相对较差，导致以其作为烧结助剂制备的氮化硅陶瓷在一些腐蚀性较强的环境中服役寿命较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种耐腐蚀氮化硅陶瓷及其制备方法和应用。本发明提供的耐腐蚀氮化硅陶瓷和以Y₂O₃-Al₂O₃体系作为烧结助剂制备的氮化硅陶瓷相比具有更高的耐腐蚀性。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种耐腐蚀氮化硅陶瓷，以六铝酸钙作为主烧结助剂，以氧化铬和二氧化硅作为辅助烧结助剂；所述耐腐蚀氮化硅陶瓷由包括以下质量百分含量的原料制备得到：

优选的，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：

优选的，所述氮化硅粉的粒径D50≤10μm，纯度≥98.5％；所述六铝酸钙粉的粒径D50≤40μm，纯度≥99％；所述碳化硅粉的粒径D50≤5μm，纯度≥98％；所述氧化铬粉的粒径D50≤3μm，纯度≥99％；所述二氧化硅粉的粒径D50≤1μm，纯度99.9％。

优选的，所述氮化硅粉中α-Si₃N₄的含量≥80％，氧含量≤3％。

本发明提供了上述耐腐蚀氮化硅陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氮化硅粉、六铝酸钙粉、碳化硅粉、氧化铬粉、二氧化硅粉与溶剂混合，进行研磨，得到混合粉体浆料；

(2)向所述混合粉体浆料中加入粘结剂，依次进行搅拌混合和喷雾干燥，得到造粒粉；

(3)对所述造粒粉依次进行干压成型和冷等静压成型，得到陶瓷样块；

(4)对所述陶瓷样块依次进行排胶和气压烧结，得到具有高耐腐蚀性的氮化硅陶瓷。

优选的，所述溶剂为乙醇，研磨介质为氮化硅球，球料比为2～5:1；

所述研磨的时间为1～10h，转速为800～1400r/min；

所述混合粉体浆料中混合粉体的粒径D50≤1μm。

优选的，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛和/或聚丙烯酸乳液，所述粘结剂的质量为混合粉体总质量的1～5％。