一种晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113354419A(43)申请公布日2021.09.07(21)申请号202110752896.9(22)申请日2021.07.02(71)申请人广东工业大学地址510062广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人林华泰谭大旺郭伟明劳振勇(74)专利代理机构广东广信君达律师事务所44329代理人彭玉婷(51)Int.Cl.C04B35/583(2006.01)C04B35/622(2006.01)C04B35/645(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷及其制备方法和应用(57)摘要本发明属于氮化硅基陶瓷材料领域，公开了一种晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷材料及其制备方法。所述氮化硅基陶瓷是将致密度为50％以上的氮化硅基陶瓷素坯经表面喷涂离型剂后至于高温可塑性套环中形成一整体，并将该整体放入通孔模具中，再在该整体端面涂敷润滑剂，以柱状空心加压杆为阳模，将模具及素坯套环部件一体置于高温炉中，在1600～1900℃下经阳模轴向加压20～80MPa煅烧制得。本发明的方法可获得晶粒尺寸小，部件尺寸范围大的产品，并且制备时间短，条件温和，容易实现大规模生产，成本低。本发明获得的晶粒定向氮化硅陶瓷在轴向上具有优异的强度、韧性、抗高温蠕变性和导热性、耐磨性。CN113354419ACN113354419A权利要求书1/1页1.一种晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷的制备方法，其特征在于，所述氮化硅基陶瓷是将致密度为50％以上的实心柱状的氮化硅基陶瓷素坯经表面喷涂离型剂，制得含有喷涂层的氮化硅基陶瓷素坯；然后将其置于高温可塑性套环中形成一整体，并将该整体放入涂敷润滑剂的通孔模具中，再在该整体端面涂敷润滑剂，以柱状空心加压杆为阳模，将模具及素坯套环部件一体置于高温炉中，经阳模轴向加压升温至1600～1900℃，并在该温度范围内轴向加压20～80MPa煅烧保温制得；所述氮化硅基陶瓷中80％数量以上长柱状Si3N4晶粒的[00l]晶向方向与加压杆轴向的夹角小于30°，夹角角度平均值为2～15°；所述氮化硅基陶瓷的定向指数为0.67～0.96。2.根据权利要求1所述的晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷的制备方法，其特征在于，所述氮化硅基陶瓷素坯中Si3N4的体积分数大于60％，所述氮化硅基陶瓷素坯的截面尺寸与阳模的内孔截面尺寸的比值为大于2小于10。3.根据权利要求1所述的晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷的制备方法，其特征在于，所述离型剂为六方氮化硼或/和石墨粉，所述喷涂层的厚度为0.01～0.2mm。4.根据权利要求1所述的晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷的制备方法，其特征在于，所述高温可塑性套环为二氧化硅玻璃、高硼硅玻璃、二硅化钼陶瓷、二氧化锆陶瓷中的一种以上，所述高温可塑性套环的高度与含有喷涂层的氮化硅基陶瓷素坯的高度一致，所述高温可塑性套环的内孔形状及尺寸与喷涂离型剂后素坯外形及尺寸一致。5.根据权利要求1所述的晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷的制备方法，其特征在于，所述通孔模具及阳模由石墨，碳化硅，氮化硼或过渡金属碳化物硬质合金材料制成。6.根据权利要求1所述的晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷的制备方法，其特征在于，所述润滑剂为六方氮化硼粉或过渡金属硫化物粉，所述润滑剂的涂敷厚度为0.05～0.5mm。7.根据权利要求1所述的晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷的制备方法，其特征在于，所述煅烧保温的时间为5～120min。8.根据权利要求1所述的晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷的制备方法，其特征在于，所述经阳模轴向加压升温的过程为：经阳模轴向加压0.5～5MPa下升温至1200～1400℃，后经轴向加压5～30MPa下升温至1400～1600℃，再经阳模轴向加压20～80MPa下升温至1600～1900℃并保温保压煅烧。9.一种晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷，其特征在于，所述氮化硅基陶瓷是由权利要求1‑8任一项所述的方法制备得到。10.权利要求9所述的晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷在刀具、轴承或散热基片领域中的应用。2CN113354419A说明书1/5页一种晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于氮化硅基陶瓷材料领域，更具体地，涉及一种晶粒[00l]高度定向的氮化硅基陶瓷及其制备方法和应用。背景技术[0002]氮化硅(Si3N4)陶瓷具有良好的高强度、高韧性、高导热性并具有良好的耐磨性，是应用最广泛的工程陶瓷之一。大部分致密的氮化硅陶瓷由β‑Si3N4晶粒和烧结添加剂组成，其中烧结添加剂在高温下具有较低