一種氮化硅/六方氮化硼納米復相陶瓷的制備方法
【專利說明】-種氮化括/六方氮化棚納米復相陶瓷的制備方法 【技術領域】
[0001] 本發明屬于陶瓷材料技術領域，設及氮化棚復相陶瓷的制備方法，特別設及一種 氮化娃/六方氮化棚納米復相陶瓷的制備方法。 【【背景技術】】
[0002] 六方氮化棚陶瓷具有優良的高溫抗氧化性能、抗熱震性能、化學惰性、電絕緣性、 熱傳導性、可加工性，W及不與大多數玻璃和金屬烙體浸潤的特性，因而具有廣泛的工程應 用前景。h-BN的結構與石墨類似，均為層狀結構，層內為強SP2雜化共價鍵，而層間是弱范德 華力，高溫自擴散系數低，很難燒結致密化，通常是采用熱壓或熱等靜壓工藝制備h-BN陶 瓷審。品。
[0003] 將h-BN引入氮化娃基體可提高氮化娃/六方氮化棚復相陶瓷對高溫金屬烙 體的耐腐蝕性能、抗熱震性能W及可加工性，但是由于h-BN的難燒結性，通常也采用熱 壓燒結技術制備SIsNaA-BN復相陶瓷。對此工藝而言，由于混料和燒結過程中h-BN顆 粒的自團聚作用會降低所制備復相陶瓷的機械性能，所W，目前主要是采用化學包覆法 在SisNA顆粒表面包覆納米氮化棚層，然后再采用熱壓技術制備SisNaA-BN納米復相陶 瓷（JournaloftheAmericanCeramicSociety, 2002, 85(11):2678-2688!Materials ScienceandEngineering:A, 2006, 415:145-148;MaterialsScienceandEngineer! ng:A, 2008, 483-484:207-210)，對此工藝而言，雖然所制備SisVh-BN納米復相陶瓷力 學性能優異，但是成本較高，工藝復雜，應用范圍受限。除此之外，張國軍研究組WSi粉 和h-BN為原料，采用反應燒結工藝制備SIsNaA-BN復相陶瓷（CeramicsInternation al，2009, 35:2155-2159)，此工藝所制備復相陶瓷致密度較低，氣孔率偏高，力學性能較低。 【
【發明內容】
】
[0004] 本發明的目的在于改進SisVh-BN復相陶瓷現有制備技術的不足，提供一種氮化 娃/六方氮化棚納米復相陶瓷的制備方法。該方法操作簡單、工藝條件容易控制、成本較 低，適合于工業化生產。 陽〇化]本發明是通過W下技術方案來實現：
[0006] 一種氮化娃/六方氮化棚納米復相陶瓷的制備方法，包括W下步驟：
[0007] 1)將六方氮化棚與無水乙醇混和均勻配制成六方氮化棚漿料，向六方氮化棚漿料 中加入棚酸S下醋的乙醇溶液，六方氮化棚與棚酸S下醋的摩爾比為1 : (0. 005~0. 05); 攬拌充分反應后，將乙醇蒸出得到混合粉體A;將所得混合粉體A烘干后，置于管式燒結爐， 通入保護氣氛，在200~500°C下處理0. 5~化，即得到表面包覆納米氧化棚粒子層的六方 氮化棚粉體；
[0008] 2)將上述包覆氧化棚層的六方氮化棚與無水乙醇混和均勻，加入正娃酸乙醋的乙 醇溶液，六方氮化棚與正娃酸乙醋的摩爾比為1 : (0. 005~0. 05);攬拌充分反應后，將乙醇 蒸出得到混合粉體B;將所得混合粉體B烘干后，置于管式燒結爐，通入保護氣體，在170~ 500°C下處理0. 5~化，得到表面改性的氮化棚粉體，即表面依次包覆納米氧化娃和氧化棚 層的六方氮化棚粉體；
[0009] 扣按照質量百分比計，稱取氮化娃80~90%，稀±氧化物5~15%，氧化侶1~ 8%，然后再滲入體積比為0~30 %的表面改性的氮化棚粉體，將混合粉體進行濕法球磨， 再將漿料進行烘干、研磨、過篩、造粒、模壓成型、冷等靜壓處理制備出生巧；生巧在300~ 600°C下排膠8~2地，將排膠處理后的生巧置于氣氛燒結爐，在保護氣氣氛下，W5~ 15°C/min的速率升溫至1500~1850°C進行無壓燒結，保溫0. 5~地，即制得氮化娃/六 方氮化棚納米復相陶瓷材料。
[0010] 作為本發明的進一步改進，所述六方氮化棚粉體的純度大于98%，粒徑《10ym。
[0011] 作為本發明的進一步改進，步驟1)所述六方氮化棚與無水乙醇混和體積比為1: (3~10);所述的棚酸S下醋的乙醇溶液質量濃度為1~50%。
[0012] 作為本發明的進一步改進，所述包覆氧化棚層的六方氮化棚與無水乙醇混和體積 比為1 : (3~10);所述的正娃酸乙醋的乙醇溶液質量濃度為1~50%。
[0013] 作為本發明的進一步改進，棚酸=下醋的乙醇溶液與正娃酸乙醋的乙醇溶液均采 用滴加的方式加入，滴加速度均為1~30ml/min。
[0014] 作為本發明的進一步改進，步驟1)和步驟2)中攬拌均采用磁力攬拌，攬拌速率為 10~1000巧m，攬拌時間為1~12h，;烘干工藝為：溫度90°C烘干1-化；乙醇蒸出步驟是在 旋轉蒸發儀內進行。
[0015] 作為本發明的進一步改進，稀±氧化物為氧化錠、氧化銅或氧化衫。
[0016] 作為本發明的進一步改進，步驟3)所述濕法球磨是將混合之后粉體裝入球磨罐， 按照料球質量比1:3的比加入瑪瑤球，再加入無水乙醇，總量不超過球磨罐容積的2/3,然 后在行星球磨機上W200~45化/min的轉速濕磨2~12h。
[0017] 作為本發明的進一步改進，所述步驟3)造粒工藝所用的溶液為濃度為4~8wt% 的聚乙締醇水溶液，聚乙締醇水溶液加入量占造粒工藝中原料總和的5~10%。
[0018] 作為本發明的進一步改進，步驟3)中冷等靜壓處理的壓力為100-200MPa;排膠是 將生巧置于馬弗爐中進行；將排膠處理后的生巧放入石墨相蝸，置于氣氛燒結爐進行燒結。
[0019] 與現有技術相比，本發明具有如下優點：
[0020] 一種氮化娃/六方氮化棚納米復相陶瓷的制備方法，采用棚酸=下醋和正娃酸乙 醋為原料，依次在商用六方氮化棚粉體表面包覆納米氧化棚和二氧化娃粒子層，將表面化 學改性后的六方氮化棚粉體與商用氮化娃粉體、燒結助劑粉體混合，經球磨攬拌、干燥、造 粒、成型、排膠工藝后，在氣氛燒結爐中于1500~1850°C進行無壓燒結制備而成。本發明 的制備方法操作簡單、工藝條件容易控制，成本低廉，適合工業化生產，通過在h-BN粉體表 面包覆B203和SiO2層實現對h-BN粉體的化學改性，結合無壓燒結技術實現h-BN顆粒的原 位納米化，從而制備出力學性能良好的氮化娃/六方氮化棚納米復相陶瓷材料。該納米復 相陶瓷材料致密度大于90%，該技術所制備的氮化娃/六方氮化棚納米復相陶瓷可作為透 波材料、耐火材料等，在航空航天，冶金等領域具有廣闊的應用前景。具體機理及優點表現 為：
[0021](1)采用棚酸=下醋和正娃酸乙醋為原料，W無水乙醇為分散介質，依次對六方氮 化棚粉體進行表面化學改性，利用棚酸=下醋W及正娃酸乙醋在惰性氣氛下的熱分解依次 在h-BN粉體表面包覆納米氧化棚和二氧化娃層。現有氮化娃/六方氮化棚復相陶瓷材料 制備技術要么是利用棚源和氮源（例如棚酸和尿素）的高溫化學反應在氮化娃顆粒表面原 位生成納米氮化棚層，要么就是利用娃粉與氮氣發生氮化反應原位生成氮化娃，本發明則 是對六方氮化棚粉體進行表面化學改性。相對于現有氮化娃/六方氮化棚復相陶瓷材料制 備技術，本發明提出的方法更簡單，操作更容易控制，處理溫度更低，而且原料很容易獲得， 成本較低，部分原料（如無水乙醇）還可W回收并能重復利用，進一步降低成本，特別適合 大規模生產。
[0022] (2)通過在h-BN粉體表面包覆氧化棚和二氧化娃納米層實現對h-BN粉體的表面 化學改性，表面改性層可在較低的溫度下與所添加燒結助劑（如稀±氧化物和氧化侶）形 成低共烙液相，在無壓燒結過程中利用玻璃相的高溫粘性流動對改性后的h-BN顆粒進行 原位液相剝離，從母體h-BN顆粒剝離的h-BN片層隨著玻璃相的流動均勻分布，部分作為 beta相氮化娃的異相形核中屯、形成晶內分布納米h-BN顆粒，其余部分則分布在beta相 氮化娃晶粒中間形成晶間分布的納米h-BN顆粒，因此在無壓燒結過程中實現h-BN顆粒的 原位納米化，從而制備出力學性能良好的氮化娃/六方氮化棚納米復相陶瓷材料。對現有 氮化娃/六方氮化棚復相陶瓷材料制備技術而言，無論是在氮化娃顆粒表面原位生成納米 氮化棚層再進行熱壓燒結的技術，還是利用娃粉與氮氣的氮化反應的反應燒結工藝，均未 考慮燒結過程中玻璃相對h-BN顆粒的原位剝離作用，也未設及到h-BN顆粒表面氧化層對 h-BN顆粒剝離的貢獻，而本發明則設及六方氮化棚粉體表面化學改性層與燒結助劑形成低 共烙液相的過程對h-BN顆粒的原位剝離作用。相對于現有氮化娃/六方氮化棚復相陶瓷 材料制