[go: up one dir, main page]

CN106518089B - 一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法 - Google Patents

一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106518089B
CN106518089B CN201611051738.6A CN201611051738A CN106518089B CN 106518089 B CN106518089 B CN 106518089B CN 201611051738 A CN201611051738 A CN 201611051738A CN 106518089 B CN106518089 B CN 106518089B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon nitride
ceramic material
preparation
high performance
nitride ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611051738.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106518089A (zh
Inventor
李先容
朱彩强
汪彩芬
白彬
程本源
常宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Institute of Materials of CAEP
Original Assignee
Institute of Materials of CAEP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Materials of CAEP filed Critical Institute of Materials of CAEP
Priority to CN201611051738.6A priority Critical patent/CN106518089B/zh
Publication of CN106518089A publication Critical patent/CN106518089A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106518089B publication Critical patent/CN106518089B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/597—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括：（1）准备原料：氮化硅粉、氧化镁、氧化铝、稀土氧化物；（2）将原料混匀，得到氮化硅复合粉料浆；（3）对氮化硅复合粉浆料进行喷雾造粒，制得氮化硅造粒粉；（4）对氮化硅造粒粉进行冷等静压处理成型，制得氮化硅压坯；（5）将氮化硅压坯装入高温烧结炉，并埋入埋粉进行烧结，获得预烧结体；（6）将预烧结体装入气压烧结炉内进行气压烧结，获得氮化硅陶瓷材料。本发明仅用普通的高温烧结炉和气压烧结炉就能完成氮化硅陶瓷材料的高致密烧结，不仅制造成本远低于热压、热等静压烧结制品，效率高，轻松实现了制品的批量生产，而且可以生产形状复杂的制品。

Description

一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氮化硅陶瓷材料的制备方法，具体涉及的是一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法。
背景技术
氮化硅陶瓷材料由于具有耐高温、耐磨损、高强度、高韧性、耐腐蚀、高硬度、比重轻等优良特性而被称之为陶瓷界的“全能冠军”，在航空航天、化工冶金、机械加工、核工业具有广泛的应用和开发前景。目前，高端氮化硅材料大都依赖进口，特别是高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料，如用于风力发电机轴承的大尺寸氮化硅球，用于核电主泵一级密封结构的大尺寸氮化硅密封环等，均被国外大公司所垄断。
国内氮化硅材料目前主要采用常压烧结、气压烧结和热压及热等静压烧结工艺制备，常压烧结（又称无压烧结）是将氮化硅素坯在常压N2下于1700-1800℃烧结，烧结产品致密度较差，难以制备出高性能产品；气压烧结采用高压N2（一般不超过10MPa）烧结，由于N2穿透性差，当制备大产品时，芯部N2难以彻底排除，易形成内部多孔的“夹芯”结构，导致材料的内外组织性能一致性较差；热压、热等静压烧结是在烧结过程中对制品施加压力，借助高温高压促进材料的致密化，通常能得到性能较高的制品，但热压、热等静压烧结需要昂贵复杂的烧结设备及辅助耗材（如包套等），制造成本高，遏制了高性能氮化硅材料在市场上的推广应用。
另外，针对高性能大尺寸氮化硅的制备，国内有相关的专利文献发表，如张培志的发明专利“一种大尺寸陶瓷球的制备方法”（公开号CN1143944），张伟儒的发明专利“一种高可靠性大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法”（公开号101538162A），均采用了气压烧结结合热等静压烧结的方式，其制造成本较高。而赵振威的发明专利“一种提高氮化硅材料性能一致性的烧结方法”（公开号CN104119079A）则结合了气压烧结和热压烧结的方式，克服了气压烧结的缺点，提高了材料性能的一致性，但其仍然存在制备成本高、效率低，难以制备复杂形状产品的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，可实现氮化硅陶瓷材料的高效率、低成本、批量化生产，满足市场推广和应用的需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按下列重量比准备原料：氮化硅粉85～93%、氧化镁0.5～5%、氧化铝1～7%、稀土氧化物3～10%；
（2）将原料混匀，得到氮化硅复合粉料浆；
（3）采用闭环造粒方式对氮化硅复合粉浆料进行喷雾造粒，制得氮化硅造粒粉；
（4）将淡化硅造粒粉倒入橡胶模具，然后进行100～300MPa冷等静压处理成型，制得氮化硅压坯；
（5）将淡化硅压坯装入高温烧结炉，并埋入埋粉，然后于氮气气氛、氮气压力-100～+100mbar、1500～1750℃条件下保温0.5～2小时进行烧结，获得预烧结体；
（6）将预烧结体装入气压烧结炉内，然后于氮气气氛、氮气压力2～8Mpa、1750～1900℃条件下保温2～6小时进行气压烧结，获得氮化硅陶瓷材料。
作为优选，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化镧、氧化铈中的一种或两种。
作为优选，所述氮化硅粉末平均粒径为0.2～4um，氧含量低于2%。
进一步地，所述步骤（2）中，采用球磨的方式将原料混匀得到氮化硅复合粉料浆，其中，球磨介质为无水乙醇或异丙醇，球、料比为2～3∶1，球磨时间为48～100h。
作为优选，所述步骤（3）中，喷雾造粒的工艺条件为氮气气氛，进口温度130～190℃，出口温度65～95℃。
再进一步地，所述步骤（4）中，对氮化硅造粒粉进行冷压处理后，还对其进行机械加工处理，减少后续加工余量。
作为优选，所述高温烧结炉为石墨发热体烧结炉。
具体地说，所述步骤（5）中，埋粉由1～4%氧化镁、1～5%氧化铝、45～56%BN、40～52%氮化硅组成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过合理的原料选配，利用烧结助剂（氧化镁、氧化铝及稀土氧化物）对氮化硅烧结的助烧作用，有效降低了氮化硅致密化的烧结温度；而借助闭环喷雾造粒和冷等静压成型工艺，则能确保氮化硅坯体烧结前的内外均匀性；采用常压烧结结合气压烧结的两步烧结方法解决气压烧结大尺寸氮化硅易出现“夹芯”现象的问题，通过第一步的常压埋粉预烧，可以在常压下完成材料内部气孔的初步排除，获得内外均匀一致的组织结构，同时将表面气孔烧结至闭合，得到的坯体再经高温气压烧结，进一步排除坯体内部的微孔，从而获得内外一致的高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料。在合理的原料选配及工艺设计前提下，本发明仅用普通的高温炉和气压烧结炉就能完成高性能氮化硅陶瓷材料的致密化烧结，其不仅制造成本远低于热压、热等静压烧结制品，而且效率高，能轻松实现制品的批量化生产，并且可以生产形状复杂的制品，因此也极大地满足了市场的推广和应用需要。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
本发明提供了一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，其以氮化硅粉为原料，并辅以氧化镁、氧化铝和稀土氧化物作为烧结助剂，实现氮化硅陶瓷材料的致密化烧结。本发明的具体工艺流程如下：
（1）按下列重量比准备原料：氮化硅粉85～93%、氧化镁0.5～5%、氧化铝1～7%、稀土氧化物3～10%；所述的氮化硅粉平均粒径为0.2～4um，氧含量低于2%，所述的稀土氧化物则为氧化钇、氧化镧、氧化铈中的一种或两种；
（2）将原料放入普通卧式球磨机上，采用球磨的方式将原料混匀得到氮化硅复合粉料浆，其中，球磨介质为无水乙醇或异丙醇，球、料比为2～3∶1，球磨时间为48～100h；
（3）采用闭环造粒方式（闭式循环喷雾设备）对氮化硅复合粉浆料进行喷雾造粒，制得氮化硅造粒粉；喷雾造粒的工艺条件为氮气气氛，进口温度130～190℃，出口温度65～95℃；
（4）将氮化硅造粒粉倒入橡胶模具，然后进行100～300MPa冷等静压处理成型，制得氮化硅压坯；冷等静压后，可以对氮化硅压坯进行机械加工处理，以便减少后续加工余量；
（5）将机械加工后的氮化硅压坯装入高温烧结炉（优选石墨发热体烧结炉），并埋入埋粉，然后于氮气气氛、氮气压力-100～+100mbar、1500～1750℃条件下保温0.5～2小时进行烧结（烧至表面气孔闭合），获得预烧结体；本实施例中的埋粉由1～4%氧化镁、1～5%氧化铝、45～56%BN、40～52%氮化硅组成；
（6）将预烧结体装入气压烧结炉内，然后于氮气气氛、氮气压力2～8Mpa、1750～1900℃条件下保温2～6小时进行气压烧结，获得氮化硅陶瓷材料。
本发明可烧结出直径为200～400mm、壁厚为30～70mm的氮化硅密封环，从而应用于核电主泵一级密封结构中。本发明制备的氮化硅密封环致密度≥99.5%，强度>750MPa，硬度15～18GPa，断裂韧性为6～10MPa•m1/2，整体达到了热压、热等静压烧结方法制备材料的性能。下面以几个实例对本发明的效果进行阐述。
实例1
按固体物质总重量按如下比例配制混合粉末：氮化硅粉占93%，氧化钇占5%，氧化镁占1%，氧化铝占1%，该氮化硅粉平均粒径0.6um，氧含量低于1%。然后按照混合粉∶磨球∶异丙醇=1∶3∶0.8的重量比配置磨球和异丙醇，并将上述混合粉末、磨球和异丙醇倒入球磨罐中球磨48小时，得到氮化硅复合粉浆料。
而后，对氮化硅复合粉浆料进行闭环造粒，工艺为N2气氛，设定进口温度165℃，出口温度75℃，得到氮化硅造粒粉。
将得到的氮化硅造粒粉倒入橡胶模具后进行150MPa冷等静压处理成型，制得高密度氮化硅坯体，然后进行机械加工处理。处理后，将高密度氮化硅坯体装入高温炉，并埋入组成为2%氧化镁+1%氧化铝+45%BN+52%氮化硅的埋粉，然后在1750℃、常压、氮气气氛下保温30min烧结，得到预烧结体。
最后，将预烧结体装入气压烧结炉，于氮气气氛、氮气压力6MPa、1850℃条件下保温2h进行气压烧结，制得氮化硅密封环。
本实例制得的氮化硅密封环，其相对密度为99.8%，强度为780 MPa，硬度为16GPa，断裂韧性为9.0 MPa·m1/2。
实例2
按固体物质总重量按如下比例配制混合粉末：氮化硅粉占93%，氧化钇占3%，氧化镧占2%，氧化镁占1%，氧化铝占1%，该氮化硅粉平均粒径0.8um，氧含量低于1%。然后按照混合粉∶磨球∶无水乙醇=1∶2.5∶1.5的重量比配置磨球和无水乙醇，并将上述混合粉末、磨球和异丙醇倒入球磨罐中球磨56小时，得到氮化硅复合粉浆料。
而后，对氮化硅复合粉浆料进行闭环造粒，工艺为N2气氛，设定进口温度185℃，出口温度85℃，得到氮化硅造粒粉。
将得到的氮化硅造粒粉倒入橡胶模具后进行180MPa冷等静压处理成型，制得高密度氮化硅坯体，然后进行机械加工处理。处理后，将高密度氮化硅坯体装入高温炉，并埋入组成为2%氧化镁+3%氧化铝+50%BN+45%氮化硅的埋粉，然后在1650℃、常压、氮气气氛下保温1h烧结，得到预烧结体。
最后，将预烧结体装入气压烧结炉，于氮气气氛、氮气压力7.5MPa、1780℃条件下保温4h进行气压烧结，制得氮化硅密封环。
本实例制得的氮化硅密封环，其相对密度为99.5%，强度为850 MPa，硬度为17GPa，断裂韧性为6.5 MPa·m1/2。
实例3
按固体物质总重量按如下比例配制混合粉末：氮化硅粉占85%，氧化镧占8%，氧化镁占2%，氧化铝占5%，该氮化硅粉平均粒径0.4um，氧含量低于1.6%。然后按照混合粉∶磨球∶无水乙醇=1∶2∶1.5的重量比配置磨球和无水乙醇，并将上述混合粉末、磨球和异丙醇倒入球磨罐中球磨100小时，得到氮化硅复合粉浆料。
而后，对氮化硅复合粉浆料进行闭环造粒，工艺为N2气氛，设定进口温度180℃，出口温度90℃，得到氮化硅造粒粉。
将得到的氮化硅造粒粉倒入橡胶模具后进行200MPa冷等静压处理成型，制得高密度氮化硅坯体，然后进行机械加工处理。处理后，将高密度氮化硅坯体装入高温炉，并埋入组成为4%氧化镁+5%氧化铝+50%BN+41%氮化硅的埋粉，然后在1500℃、常压、氮气气氛下保温2h烧结，得到预烧结体。
最后，将预烧结体装入气压烧结炉，于氮气气氛、氮气压力7.0MPa、1900℃条件下保温6h进行气压烧结，制得氮化硅密封环。
本实例制得的氮化硅密封环，其相对密度为99.8%，强度为820 MPa，硬度为15GPa，断裂韧性为8.0MPa·m1/2。
实例4
按固体物质总重量按如下比例配制混合粉末：氮化硅粉占91%，氧化铈占5%，氧化镁占1.5%，氧化铝占2.5%，该氮化硅粉平均粒径1.5um，氧含量低于2.5%。然后按照混合粉∶磨球∶异丙醇=1∶2.5∶1的重量比配置磨球和异丙醇，并将上述混合粉末、磨球和异丙醇倒入球磨罐中球磨72小时，得到氮化硅复合粉浆料。
而后，对氮化硅复合粉浆料进行闭环造粒，工艺为N2气氛，设定进口温度165℃，出口温度70℃，得到氮化硅造粒粉。
将得到的氮化硅造粒粉倒入橡胶模具后进行250MPa冷等静压处理成型，制得高密度氮化硅坯体，然后进行机械加工处理。处理后，将高密度氮化硅坯体装入高温炉，并埋入组成为1%氧化镁+3%氧化铝+56%BN+40%氮化硅的埋粉，然后在1720℃、常压、氮气气氛下保温1h烧结，得到预烧结体。
最后，将预烧结体装入气压烧结炉，于氮气气氛、氮气压力8.0MPa、1880℃条件下保温3h进行气压烧结，制得氮化硅密封环。
本实例制得的氮化硅密封环，其相对密度为99.7%，强度为870 MPa，硬度为16GPa，断裂韧性为8.4MPa·m1/2。
本发明相比现有工艺来说，制备成本低廉、效率高、能满足复杂形状产品的应用需要。本发明通过原料的合理选用和配比，结合设计的二次烧结工艺，仅用普通的高温炉和气压烧结炉就能完成氮化硅陶瓷材料的致密化烧结，极大地满足了市场的推广和应用。因此，本发明技术进步明显，具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按下列重量比准备原料：氮化硅粉85～93%、氧化镁0.5～5%、氧化铝1～7%、稀土氧化物3～10%；所述氮化硅粉末平均粒径为0.2～4um，氧含量低于2%；
（2）将原料混匀，得到氮化硅复合粉料浆；
（3）采用闭环造粒方式对氮化硅复合粉浆料进行喷雾造粒，制得氮化硅造粒粉；
（4）将氮化硅造粒粉倒入橡胶模具，然后进行100～300MPa冷等静压处理成型，之后对其进行机械加工处理，减少后续加工余量，制得氮化硅压坯；
（5）将氮化硅压坯装入高温烧结炉，并埋入埋粉，然后于氮气气氛、氮气压力-100～+100mbar、1500～1750℃条件下保温0.5～2小时进行烧结，获得预烧结体；
（6）将预烧结体装入气压烧结炉内，然后于氮气气氛、氮气压力2～8Mpa、1750～1900℃条件下保温2～6小时进行气压烧结，获得氮化硅陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化镧、氧化铈中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，采用球磨的方式将原料混匀得到氮化硅复合粉料浆，其中，球磨介质为无水乙醇或异丙醇，球、料比为2～3∶1，球磨时间为48～100h。
4.根据权利要求3所述的一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，喷雾造粒的工艺条件为氮气气氛，进口温度130～190℃，出口温度65～95℃。
5.根据权利要求4所述的一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述高温烧结炉为石墨发热体烧结炉。
6.根据权利要求3或4所述的一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，埋粉由1～4%氧化镁、1～5%氧化铝、45～56%BN、40～52%氮化硅组成。
CN201611051738.6A 2016-11-25 2016-11-25 一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法 Active CN106518089B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611051738.6A CN106518089B (zh) 2016-11-25 2016-11-25 一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611051738.6A CN106518089B (zh) 2016-11-25 2016-11-25 一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106518089A CN106518089A (zh) 2017-03-22
CN106518089B true CN106518089B (zh) 2019-05-14

Family

ID=58357287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611051738.6A Active CN106518089B (zh) 2016-11-25 2016-11-25 一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106518089B (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108147834A (zh) * 2017-12-26 2018-06-12 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 介电常数可调控的轻质氮化硅天线罩及其制备方法
CN109608204A (zh) * 2019-01-31 2019-04-12 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 一种高硬度Si3N4陶瓷天线罩高效精密加工制备方法
CN109761621B (zh) * 2019-03-18 2021-06-18 哈尔滨工业大学 一种可制备大尺寸复杂形状氮化硅陶瓷的方法
CN115667185A (zh) * 2020-05-26 2023-01-31 株式会社东芝 氮化硅烧结体、采用其的耐磨损性部件及氮化硅烧结体的制造方法
CN112028637A (zh) * 2020-08-24 2020-12-04 中材高新氮化物陶瓷有限公司 一种航空轴承用高可靠性长寿命氮化硅陶瓷球的制备方法
CN114085084A (zh) * 2020-08-25 2022-02-25 西安增材制造国家研究院有限公司 一种高强度氮化硅陶瓷及其制备方法
CN112811912B (zh) * 2021-01-20 2021-11-02 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高性能氮化硅陶瓷基片的批量化烧结方法
CN112960984B (zh) * 2021-02-23 2022-11-18 北京中材人工晶体研究院有限公司 氮化硅陶瓷热辐射保护管及其制造方法
CN113135760B (zh) * 2021-04-20 2022-03-08 中材高新氮化物陶瓷有限公司 一种氮化硅光纤结构件的制备方法
CN113185302B (zh) * 2021-06-10 2022-08-09 灵石鸿润和新材料有限公司 一种风力发电用大尺寸氮化硅陶瓷球及其制备方法和应用
CN113429211B (zh) * 2021-08-27 2021-11-02 中南大学湘雅医院 一种氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN114230349B (zh) * 2021-12-28 2023-05-05 北京中材人工晶体研究院有限公司 一种氮化硅陶瓷件及其加工方法
CN116444277A (zh) * 2022-01-07 2023-07-18 埃克诺新材料（大连）有限公司 一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法
CN115677356A (zh) * 2022-10-20 2023-02-03 基迈克材料科技（苏州）有限公司 一种高性能氮化硅陶瓷基板的制备方法
CN116213042A (zh) * 2022-12-29 2023-06-06 兴核科学研究(福建)有限责任公司 一种注射成型用氮化硅粉末喂料配置方法及其装置
CN116217235B (zh) * 2023-02-10 2024-03-01 湖南星鑫航天新材料股份有限公司 一种氮化硅质大尺寸高温结构件及其制备方法
CN116477955B (zh) * 2023-04-07 2024-07-19 中国工程物理研究院材料研究所 一种高导热氮化硅材料及其制备方法
CN116496093B (zh) * 2023-06-27 2023-09-15 季华实验室 一种氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN117303913A (zh) * 2023-10-19 2023-12-29 衡阳凯新特种材料科技有限公司 一种高性能氮化硅密封环及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1057826A (zh) * 1990-07-05 1992-01-15 清华大学 氮化硅基复合陶瓷及其活塞顶
CN101538162A (zh) * 2009-01-21 2009-09-23 北京中材人工晶体有限公司 一种高可靠性大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法
CN101754497A (zh) * 2010-01-20 2010-06-23 邓湘凌 氮化硅发热体及其制作方法
CN101792318A (zh) * 2010-03-19 2010-08-04 江苏力星钢球有限公司 高精度精密陶瓷球制造工艺
CN104030691A (zh) * 2013-09-09 2014-09-10 昆山申嘉特种陶瓷有限公司 一种以氮化硅为原料制备气压烧结结构件陶瓷的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1057826A (zh) * 1990-07-05 1992-01-15 清华大学 氮化硅基复合陶瓷及其活塞顶
CN101538162A (zh) * 2009-01-21 2009-09-23 北京中材人工晶体有限公司 一种高可靠性大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法
CN101754497A (zh) * 2010-01-20 2010-06-23 邓湘凌 氮化硅发热体及其制作方法
CN101792318A (zh) * 2010-03-19 2010-08-04 江苏力星钢球有限公司 高精度精密陶瓷球制造工艺
CN104030691A (zh) * 2013-09-09 2014-09-10 昆山申嘉特种陶瓷有限公司 一种以氮化硅为原料制备气压烧结结构件陶瓷的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106518089A (zh) 2017-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106518089B (zh) 一种高性能大尺寸氮化硅陶瓷材料的制备方法
CN100445235C (zh) 一种氮化铝增强碳化硅陶瓷及其制备方法
CN107651965A (zh) 一种氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN105272261A (zh) 一种无压烧结碳化硼陶瓷制备方法
CN104529457A (zh) 基于粗颗粒粉体的无压烧结碳化硼陶瓷制备方法
CN103274674A (zh) 一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法
CN102115330A (zh) 酚醛树脂为碳源的固相烧结碳化硅陶瓷的制备方法
CN105859301B (zh) 一种氮化硅陶瓷及其制备方法
JP2016060687A (ja) 透光性ジルコニア焼結体の製造方法及びその製造方法によって得られる透光性ジルコニア焼結体、並びに、透光性ジルコニア焼結体作製用の焼結前仮焼体
CN114538931B (zh) 一种高性能AlON透明陶瓷及其低温快速制备方法
CN104310971A (zh) 氧化铝复合材料及其制备大口径工业陶瓷阀芯的方法
CN103588489A (zh) 低压铸造用氮化硅复合陶瓷升液管及其制备方法
CN109020523A (zh) 一种低铁超白熔融石英陶瓷坩埚制备方法
CN106800420A (zh) 一种碳化硅晶须原位复合刚玉高温陶瓷材料及其制备方法
CN104003751B (zh) 表面多孔碳化硅材料及其制备方法
CN110668813A (zh) 一种纳米氧化锆造粒粉末的制备方法
CN102924087B (zh) 一种立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料的制备方法及其产品
CN107988541A (zh) 微波烧结制备纳米晶硬质合金的方法
CN101905975A (zh) 一种高耐磨共晶陶瓷的制备方法
CN106518088A (zh) 一种高性能氮化硅密封环的制备方法
CN104131208A (zh) 一种氧化铝-碳化钛微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法
CN107573079A (zh) 氮化硼基陶瓷材料及其制备方法和应用
CN106495703B (zh) 一种氮化硅密封环的制备方法
CN101269956A (zh) 掺杂钕的钇铝石榴石透明陶瓷制造方法
CN103848627A (zh) 一种氮化硅陶瓷

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210913

Address after: 621700 Huafeng new village, Jiangyou City, Mianyang, Sichuan Province, No. 9

Patentee after: INSTITUTE OF MATERIALS, CHINA ACADEMY OF ENGINEERING PHYSICS

Patentee after: CHINA NUCLEAR POWER ENGINEERING Co.,Ltd.

Address before: 596 Yinhe Road, Shuangliu District, Chengdu, Sichuan 610000

Patentee before: INSTITUTE OF MATERIALS, CHINA ACADEMY OF ENGINEERING PHYSICS