一种氮化硅陶瓷及其制备方法

本发明属于陶瓷材料制备，具体涉及一种氮化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、氮化硅陶瓷具有强度高、硬度大、导热高、热膨胀系数小、高温蠕变小、抗氧化性能好、热腐蚀性能好、摩擦系数小等诸多优点，在国防、军工、电子信息等关键领域具有不可替代的地位。

2、氮化硅陶瓷具有一定的孔隙，为了提高氮化硅陶瓷的孔隙率，一般采用在陶瓷浆料中添加造孔剂，再通过高温烧结去除造孔剂得到孔洞，这种方法虽然能大幅度提高氮化硅陶瓷的孔隙率，但是，由于造孔剂在体系中的分布不均匀，大小难以达到一致，造成孔隙率不均一，氮化硅粉体在有机胶体系中以合适的比例分散，也会造成烧结后成孔，且孔隙大小分布均一，不同的有机溶剂配置的有机胶造成的孔隙率不同，摸索其优化的配方，提高氮化硅陶瓷的孔隙率，是本领域内一个重要的研究方向。

3、氮化硅陶瓷在孔隙率较大时，其硬度和断裂韧性会有所降低，因此，在制备烧结氮化硅陶瓷的浆料配方中，应该调节相关的组分，在保持氮化硅陶瓷的高孔隙率的同时提高材料的硬度和断裂韧性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氮化硅陶瓷及其制备方法。

2、一种氮化硅陶瓷，由如下重量份数的原料制成：氮化硅粉体40-120份、有机溶剂30-100份、粘合剂5-15份、增塑剂3-8份、烧结助剂5-15份、分散剂1-3份。

3、所述有机溶剂为聚乙二醇和异丙醇按照体积比2：1混合的有机溶剂。

4、所述粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛和醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物乳液按照质量比1：1混合的混合物。

5、所述增塑剂为邻苯二甲基二丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二辛酯、甲基松香酯中的一种或几种。

6、所述烧结助剂为mgo、al2o3、la2o3、ce2o3、pr2o3、nd2o3中的一种或几种。

7、所述分散剂为蓖麻油、松油醇、过硫酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚酰亚胺、三油酸甘油酯、磷酸脂中的一种或几种。

8、所述氮化硅陶瓷的制备方法，按照如下步骤进行：

9、(1)按照重量份数，取有机溶剂20-70份、粘合剂5-15份、增塑剂3-8份加入到容器中搅拌均匀，制成有机胶；

10、(2)取有机溶剂10-30份、氮化硅粉体40-120份、烧结助剂5-15份、分散剂1-3份依次加入球磨中，球磨12-24h，加入步骤(1)中配置的有机胶，再球磨12-24h，制成流延浆料；

11、(3)将步骤(2)处理好的流延浆料进行真空脱泡10-30min，并在5-10rpm转速下搅拌10-30min，然后在温度10-25℃条件下将搅拌好的浆料放入密闭容器中陈腐10-15h；

12、(4)将步骤(3)的浆料用流延机进行流延成型，并将生坯用纸筒缠好；该步骤的工艺参数为：流延速度0.1-0.2m/min，流延干燥室一区温度为15-35℃，流延干燥室二区温度为55-85℃，流延干燥室一区温度为75-120℃；

13、(5)将步骤(4)的生坯裁剪，并通过传送带运输到敷粉线上进行敷粉，敷粉压力0.05-0.1mpa，敷粉温度55-85℃；

14、(6)将敷粉好的氮化硅生坯按正反面交错堆叠在承烧板上，放置入连续炉中进行排胶；该步骤的工艺参数：排胶温度450-650℃，时间5-15h；

15、(7)将排胶好的产品放入到烧结炉内进行烧结；该步骤的工艺参数：烧结温度1650-1850℃，烧结时间15-25h，烧结压力0.5-1.0mpa；

16、(8)用喷砂设备去除烧结后的氮化硅陶瓷表面隔粘粉，所述砂目数为100-3000目，喷砂压力为0.01-0.5mpa。

17、步骤(5)所述敷粉的浆料由如下重量份数的组分构成：氮化硼粉体80-120份、羧甲基纤维素0.5-1.5份、无水乙醇300-500份。

18、步骤(8)所述砂为氧化铝、氧化锆、二氧化硅中的一种或几种。

19、本发明的有益效果：本发明制备的氮化硅陶瓷，孔隙率高，强度和断裂韧性高；采用聚乙二醇和异丙醇复合有机溶剂，提高了材料的孔隙率；采用聚乙烯醇缩丁醛和醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物乳液复合粘合剂，提高了材料的强度；采用复合增塑剂，提高了材料的断裂韧性。

技术特征：

1.一种氮化硅陶瓷，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：氮化硅粉体40-120份、有机溶剂30-100份、粘合剂5-15份、增塑剂3-8份、烧结助剂5-15份、分散剂1-3份。

2.根据权利要求1所述氮化硅陶瓷，其特征在于，所述有机溶剂为聚乙二醇和异丙醇按照体积比2：1混合的有机溶剂。

3.根据权利要求1所述氮化硅陶瓷，其特征在于，所述粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛和醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物乳液按照质量比1：1混合的混合物。

4.根据权利要求1所述氮化硅陶瓷，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲基二丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二辛酯、甲基松香酯中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述氮化硅陶瓷，其特征在于，所述烧结助剂为mgo、al2o3、la2o3、ce2o3、pr2o3、nd2o3中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述氮化硅陶瓷，其特征在于，所述分散剂为蓖麻油、松油醇、过硫酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚酰亚胺、三油酸甘油酯、磷酸脂中的一种或几种。

7.权利要求1所述氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

8.根据权利要求1所述氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述敷粉的浆料由如下重量份数的组分构成：氮化硼粉体80-120份、羧甲基纤维素0.5-1.5份、无水乙醇300-500份。

9.根据权利要求1所述氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(8)所述砂为氧化铝、氧化锆、二氧化硅中的一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种氮化硅陶瓷及其制备方法。由如下重量份数的原料制成：氮化硅粉体40‑120份、有机溶剂30‑100份、粘合剂5‑15份、增塑剂3‑8份、烧结助剂5‑15份、分散剂1‑3份。本发明制备的氮化硅陶瓷，孔隙率高，强度和断裂韧性高；采用聚乙二醇和异丙醇复合有机溶剂，提高了材料的孔隙率；采用聚乙烯醇缩丁醛和醋酸乙烯酯‑叔碳酸乙烯酯共聚物乳液复合粘合剂，提高了材料的强度；采用复合增塑剂，提高了材料的断裂韧性。

技术研发人员：江楠,何帆,李牧远,宋经纬
受保护的技术使用者：乐山职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13