[发明专利]可烧结陶瓷粉的制备方法

说明书

本发明涉及一种新的可烧结的陶瓷粉、其制备方法、用该陶瓷粉制造氮化硅陶瓷的方法、该氮化硅陶瓷材料及其用途。

一般可将纯的Si₃N₄粉在1850℃压紧至理论密度而无需加压，或在加压下于更高的温度压紧至理论密度，在每种情况下均需加入氧化烧结助剂如氧化铝、氧化硅、氧化镁或氧化钇。

相比之下，Si₃N₄/SiC混合粉末的完全压紧更困难，一般只能通过热压模制法压紧。

分散材料的机械和物理性质的良好再现性基本上取决于结构中各相是否均匀分布。一般来说，在传统的用粉末状Si₃N₄、SiC和烧结助剂制造混合陶瓷的方法中，分散相和烧结助剂的均匀分布是主要困难，而且这种均匀分布需要成本较高的适宜粉末混合物的混合和研磨操作。因此，需要研究一种能确保改进原始粉末中不同颗粒均匀分布的方法。

一种改进两相或多相分布均匀性的可行方法是以溶液相将烧结助剂沉积到陶瓷粉末(如SiC粉末)上。这种方法是先将如SiC粉末分散于悬浮剂中，而烧结助剂已以盐、金属有机化合物或无机聚合物的形式溶于该悬浮剂中。然后将溶解的烧结助剂沉积到SiC颗粒上，例如通过抽提溶剂(DE2856593 C2)的方法。通过热分解将烧结助剂基本上转化为适宜的陶瓷相。

本发明的一个目的是提供一种合成Si₃N₄和SiC颗粒及烧结助剂分布极为均匀的可烧结Si₃N₄或Si₃N₄/SiC粉末的方法。

根据本发明，通过下述方法达到上述发明目的，以含Si、C、H和N的聚合物(即有机取代的聚硅氮烷)作为Si₃N₄和SiC源。并将其沉积到粉末状烧结助剂上，随后进行热解。

因此，本发明涉及制备可烧结陶瓷粉末的制备方法，该方法包括将具有下式(I)的聚硅氮烷

〔CH₃SiHNH〕_n〔CH₃SiN〕_n(其中n约为10-12)溶于有机溶剂中，将粉末状烧结助剂悬浮于该溶液中。然后蒸去溶剂，于500-1600℃在惰性气体气氛中热解残余物。

可根据美国专利№.4,482,669所述的方法制备所用的聚硅氮烷，方法如下，

1.使CH₃HSiCl₂氨解，得到三聚和四聚环状硅氮烷〔CH₃SiHNH〕_3，4；

2.在碱性催化剂如KH的作用下使上述环状硅氮烷交联，得到聚硅氮烷。

用这种方法得到的聚硅氮烷为无色固体，其分子量为1000-1300克/摩尔，并可溶于有机溶剂。该有机溶剂最好为四氢呋喃(THF)、甲苯或己烷。

一般采用下述物质中的一种或多种作为烧结助剂：碱土金属元  素、Al、Y、稀土元素、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta和Cr的氧化物、醇盐、硝酸盐、乙酸盐、乙酰丙酮化物、碳酸盐、草酸盐或卤化物。在这些物质中，优选Mg、Al、Y、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ti、Zr和Hf的氧化物。最优选的是Mg、Al、Y、Yb和Ti的氧化物。

烧结助剂的量优选为每100克聚硅氮烷用0.02-0.2摩尔烧结助剂。

先将聚硅氮烷溶于有机溶剂中，再将粉末状烧结助剂悬浮于该溶液中。可对该悬浮液进行超声处理以改进固体颗粒的分散状况。在常压或负压下缓慢蒸发溶剂，使聚合物均匀地沉积到固体颗粒上。然后将得到的残余物于500-1600℃(优选800-1200℃)在惰性气体气氛中热解。所用的惰性气体优选为N₂、Ar、NH₃、H₂或其混合物，特别是N₂、Ar、NH₃或其混合物。

可通过下述方法用得到的陶瓷粉末制造Si₃N₄或Si₃N₄/SiC密实烧结块；在非质子溶剂中研磨粉，必要时筛选研磨产物，成型为定型制品并将其烧结。