[发明专利]一种Si3

说明书

本发明涉及一种Si₃N₄陶瓷材料及其制备方法，所述Si₃N₄陶瓷材料的原料组成包括：α‑Si₃N₄92～98 wt%、烧结助剂2～8 wt%，各组分质量百分比之和为100wt%；其中烧结助剂为Al₂O₃、Y₂O₃、Fe₂O₃和AlN。

技术领域

本发明涉及一种低烧结温度、低助剂浓度、高强度Si₃N₄陶瓷材料及其制备方法，属于氮化硅陶瓷的制备领域。

背景技术

氮化硅陶瓷具有密度低、力学性能好、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、电绝缘和不导磁等优点，可作为轴承球完全覆盖精密、中速以上全钢轴承球的应用领域，且可用于高速、高低温、大温差、真空、绝缘、不导磁和瞬时无润滑等传统金属球无法胜任的工作环境。但是，目前国产氮化硅陶瓷球的摩擦磨损性能与进口球相比，还有很大的提升空间。一方面，根据Hall-Petch效应，晶粒尺寸越小，硬度越高，耐磨损性能越好，但是目前国产氮化硅球的晶粒尺寸偏大，因而耐磨损性能有待进一步提高。另一方面，由于氮化硅陶瓷在1800℃以上会发生分解，通常需要采用气压烧结炉来施加气压以避免分解。但是，这对设备的要求就比较高，无疑增加了生产成本。因而，为了降低烧结温度，通常会加入较大量的烧结助剂以实现低温致密化。但是，烧结助剂所形成的晶间相的力学性能和耐磨损性能与氮化硅存在较大的差距，其加入量越大，对氮化硅陶瓷耐磨性能的降低越明显。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低烧结温度、低助剂浓度、高强度的Si₃N₄陶瓷及其制备方法。具体来说，旨在以Al₂O₃、Y₂O₃、Fe₂O₃和AlN为烧结助剂，气压烧结结合热等静压后处理制备具有高强度特性的Si₃N₄陶瓷材料。

一方面，本发明提供了一种Si₃N₄陶瓷材料，所述Si₃N₄陶瓷材料的原料组成包括：α-Si₃N₄ 92～98wt％、烧结助剂2～8wt％，各组分质量百分比之和为100wt％；其中烧结助剂为Al₂O₃、Y₂O₃、Fe₂O₃和AlN。优选地，所述Si₃N₄陶瓷材料的原料组成包括：α-Si₃N₄ 95～97wt％、烧结助剂3～5wt％，各组分质量百分比之和为100wt％。

较佳的，所述烧结助剂中Fe₂O₃的含量为0.25～1.00wt％。

较佳的，所述烧结助剂中AlN的含量为0.25～1.00wt％；优选地，所述烧结助剂中Al₂O₃的含量为0.55～2.59wt％，Y₂O₃的含量为1.27～3.67wt％。

又，较佳的，所述Al₂O₃和Y₂O₃的摩尔比为0.5～3。

较佳的，所述Si₃N₄陶瓷材料的相对密度为98.5％～99.8％，抗弯强度为1102.3～1386.9MPa。