[发明专利]一种氮化硅基复相导电陶瓷的制备方法

说明书

本发明提供了一种氮化硅基复相导电陶瓷的制备方法，本发明以氮化硅为基体，同时添加导电相以及烧结助剂，采用两步微波烧结法，制备的氮化硅基复相导电陶瓷晶粒细小且均匀、致密度高，且强度、硬度等力学性能也得到了显著提升。本发明采用的两步微波烧结法，可抑制晶界迁移，并利用晶界扩散使坯体达到致密化；因此，该方法既可以抑制烧结后期晶粒的生长，同时又不会影响致密化的进行。实施例的结果显示，本发明提供的氮化硅基复相导电陶瓷的相对密度大于99％，维氏硬度大于15GPa，断裂韧性大于6MPa·m^1/2，抗弯强度大于900MPa，电阻率小于1Ω·cm。

技术领域

本发明涉及导电陶瓷技术领域，尤其涉及一种氮化硅基复相导电陶瓷的制备方法。

背景技术

氮化硅陶瓷综合力学性能优异，尤其是兼具高强度、高硬度、高韧性和耐磨性能良好的优点，而且具有较高的化学稳定性和抗热震性，是一种理想的工程陶瓷材料，广泛用于机械、化工、航空航天及国防军工等领域。但是，由于氮化硅陶瓷具有电绝缘性，因而只能采用传统的金刚石工具进行机械加工，加工效率低、成本高，且无法加工成形状复杂的部件，严重限制了氮化硅陶瓷的应用。

通过在氮化硅陶瓷中引入钛基化合物(TiN、TiC、TiCN、TiB₂)、锆基化合物(ZrN、ZrC、ZrB₂)或MoSi₂等导电相，可以提高氮化硅陶瓷的导电性，进而可以采用电火花加工，提高了加工效率，解决了上述无法加工成形状复杂的部件的问题。但是，导电相的加入会阻碍氮化硅的烧结致密化，使得制备复相导电陶瓷时，需要采用热压烧结或高温(≥1800℃)气压烧结才能实现致密化，而采用上述烧结方法又会导致氮化硅陶瓷硬度、强度等力学性能的下降。

因此，为了实现形状复杂的氮化硅陶瓷部件的快速加工，亟需提供一种能够实现氮化硅基复相陶瓷致密化的同时保证氮化硅陶瓷力学性能的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化硅基复相导电陶瓷的制备方法，本发明提供的制备方法可抑制晶界迁移，并利用晶界扩散使坯体达到致密化，因此，提升了氮化硅基复相导电陶瓷的强度、硬度等力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种氮化硅基复相导电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氮化硅、导电相以及烧结助剂混合后通过成型，得到坯体；所述烧结助剂包括稀土氧化物和金属氧化物，所述金属氧化物包括氧化铝或氧化镁；

(2)将所述步骤(1)得到的坯体依次进行高温微波烧结和低温微波烧结，得到氮化硅基复相导电陶瓷。

优选地，所述步骤(1)的坯体中氮化硅的质量含量为40～60％，导电相的质量含量为30～50％，金属氧化物的质量含量为1～5％，稀土氧化物的质量含量为2～10％。

优选地，所述导电相包括TiN、TiC、TiCN、TiB₂、ZrN、ZrC、ZrB₂或MoSi₂。

优选地，所述稀土氧化物包括氧化钇、氧化镧或氧化铈。

优选地，所述氮化硅中β-Si₃N₄的质量含量为≥85％，所述氮化硅的平均粒径D50≤1.0μm。

优选地，所述步骤(1)中坯体的原料还包括微波吸收剂；所述微波吸收剂包括碳化硅或氧化锆。

优选地，所述步骤(1)中成型的方式包括干压、冷等静压、注塑、注凝和注浆中的一种或几种。