本发明涉及陶瓷材料领域，且特别涉及一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉及其制备方法。
背景技术：
：氮化硅陶瓷由于具有高比强、高比模、耐高温、抗氧化和耐磨损等优点，在高温、高速、强腐蚀介质的工作环境中具有特殊的使用价值，其导热性好，抗热震能力强，而且介电常数和介电损耗低，具有良好的高频电磁波透过性能，使其具有广泛的应用前景。现有技术中，氮化硅陶瓷的烧结周期长，且易产生过热现象从而引起流硅使废品率增加。因此，使氮化硅陶瓷快速烧结成型且得到成品率高的氮化硅陶瓷的技术研究显得意义重大。有鉴于此，特提出本申请。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，其制得的氮化硅陶瓷粉能够用于氮化硅陶瓷的快速烧结成型，且烧结得到的氮化硅陶瓷具备抗弯强度高以及抗裂性能佳等特点。本发明的另一目的在于提供一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉，能够用于氮化硅陶瓷的快速烧结成型，且烧结得到的氮化硅陶瓷具备抗弯强度高以及抗裂性能佳等特点。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，包括：将10-15重量份钇醇盐及5-8重量份铝醇盐溶解于200-250重量份醇溶剂中，形成溶胶；于搅拌中向溶胶中加入95-110重量份α-氮化硅和5-8重量份β-氮化硅，滴加氨水调节ph值为9-10后加热至60-80℃密封4-8h，形成凝胶；将凝胶煅烧干燥，得到表面修饰的氮化硅；将表面修饰的氮化硅与5-8重量份氮化硼纳米管和8-12重量份碳化硅晶须混合，得到可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉。本发明提出一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉，由上述的制备方法制得。本发明实施例的有益效果是：本发明提供的可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，采用α-氮化硅和β-氮化硅的复合体系进行烧结，以β-氮化硅诱导α-氮化硅进行晶型转变，使α-氮化硅通过溶解-析出在β-氮化硅的表面生长，有利于快速烧结、提高烧结产品的致密度及强度。烧结助剂采用钇醇盐和铝醇盐的形式加入，通过溶胶-凝胶技术形成包裹于氮化硅表面的氧化钇-氧化铝烧结助剂，得到的表面改性的氮化硅粉体具有更好的烧结活性，晶界易于微晶化，适于快速烧结致密，易于获得晶粒尺寸均一、性能稳定的氮化硅陶瓷。在此基础上，引入氮化硼纳米管、碳化硅晶须，能够进一步提高产品的韧性、抗弯强度以及抗裂性能等。通过该方法制得的氮化硅陶瓷粉，在温度1700-1800℃、氮气压力30mpa的条件下热压30min左右即可得到致密高强的氮化硅陶瓷。本发明提供的可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉，由上述的制备方法制得，因此相应地，能够用于氮化硅陶瓷的快速烧结成型，且烧结得到的氮化硅陶瓷具备抗弯强度高以及抗裂性能佳等特点。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例的可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉及其制备方法进行具体说明。本发明提供一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，包括：s1、将10-15重量份钇醇盐及5-8重量份铝醇盐溶解于200-250重量份醇溶剂中，形成溶胶。s2、于搅拌中向溶胶中加入95-110重量份α-氮化硅和5-8重量份β-氮化硅，滴加氨水调节ph值为9-10后加热至60-80℃密封4-8h，形成凝胶。s3、将凝胶煅烧干燥，得到表面修饰的氮化硅。s4、将表面修饰的氮化硅与5-8重量份氮化硼纳米管和8-12重量份碳化硅晶须混合，得到可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉。上述方法中，采用α-氮化硅和β-氮化硅的复合体系进行烧结，以β-氮化硅诱导α-氮化硅进行晶型转变，使α-氮化硅通过溶解-析出在β-氮化硅的表面生长，有利于快速烧结、提高烧结产品的致密度及强度。进一步地，α-氮化硅和β-氮化硅采用微米级别的粉体。具体地，α-氮化硅为纯度大于99％、粒径约为0.2-0.5μm的粉体；β-氮化硅为直径约为0.5-1μm、长径比为7-10的晶种。烧结助剂采用钇醇盐和铝醇盐的形式加入，通过溶胶-凝胶技术形成包裹于氮化硅表面的氧化钇-氧化铝烧结助剂，得到的表面改性的氮化硅粉体具有更好的烧结活性，晶界易于微晶化，适于快速烧结致密，易于获得晶粒尺寸均一、性能稳定的氮化硅陶瓷。可选地，在本发明一些具体的实施方式中，醇溶剂选自乙醇、丙醇和丁醇中的至少一种。例如该醇溶剂可以是单独的乙醇、单独的丙醇、单独的丁醇、乙醇和丙醇两者的组合、乙醇和丁醇两者的组合、丙醇和丁醇两者的组合以及乙醇同丙醇与丁醇三者的组合。若选用丙醇时，该丙醇较佳地选择为异丙醇。若选用丁醇时，该丁醇较佳地选择为正丁醇。进一步地，钇醇盐和铝醇盐可选地为乙醇盐和丙醇盐中的至少一种，例如钇醇盐可以是单独的乙醇盐、单独的丙醇盐以及钇醇盐和丙醇盐两者的组合，铝醇盐可以是单独的乙醇盐、单独的丙醇盐以及钇醇盐和丙醇盐两者的组合。经发明人研究发现，采用上述种类的醇盐与上述种类的醇溶剂配合进行溶胶-凝胶反应，在生成的氧化钇-氧化铝烧结助剂在氮化硅表面包裹的均匀性更佳，得到的氮化硅粉体的烧结活性更好。在本发明一些可选的实施例中，加入α-氮化硅和β-氮化硅之后且滴加氨水之前，还包括添加2-4重量份促凝剂。促凝剂可选地为三亚乙基四胺。絮凝剂的添加有利于溶胶体系的凝胶化，使凝胶化的速度更快、凝胶的效果更好。凝胶煅烧的温度较佳地为400-500℃，其对凝胶充分干燥的同时对氮化硅粉体表面进行热处理生成氧化钇-氧化铝烧结助剂。温度过低使干燥不充分、氧化钇-氧化铝的转化不彻底，温度过高容易导致氧化钇-氧化铝对氮化硅粉体的包裹效果不佳，因此煅烧温度过低或过高都会对改性效果造成不利的影响。在此基础上，引入氮化硼纳米管、碳化硅晶须，能够进一步提高产品的韧性、抗弯强度以及抗裂性能等。具体地，碳化硅晶须用于增加氮化硅陶瓷的韧性，由于碳化硅的线膨胀系数远大于氮化硅，在烧结过程中，会在基体中产生切向的残余应力，使外力在对氮化硅陶瓷作用时，先要抵消内在的残余应力，达到应力增韧的目的。此外，由于两种材料的膨胀系数差异，会在基体中产生微裂纹，同样能起到抵消外力的作用，达到微裂纹增韧的目的。同时，碳化硅晶须可以使陶瓷材料的晶粒进一步细化，使陶瓷材料更好地致密化，提高其力学强度。氮化硼纳米管与氮化硅陶瓷的界面结合良好，在配合碳化硅晶须使基体中产生微裂纹的情况下，可以吸收氮化硅陶瓷裂纹尖端的应力，有效阻止了氮化硅基体中产生大的应力集中，当裂纹扩展到碳化硅晶须附近时，裂纹尖端会形成强的应力屏蔽区，增加了裂纹扩展的阻力，有利于提高氮化硅陶瓷的强度及抗裂性能，使碳化硅晶须的改性作用进一步可控化。可选地，表面修饰的氮化硅与氮化硼纳米管和碳化硅晶须的混合包括：将表面修饰的氮化硅、氮化硼纳米管和碳化硅晶须分散于有机溶剂中，以400-600r/min的转速搅拌1-2h，然后于温度120-150℃的条件下烘干至有机溶剂的含量不高于1wt％。将表面修饰的氮化硅与氮化硼纳米管和碳化硅晶须在有机溶剂中混合，便于分散均匀、利于烧结。采用搅拌的形式进行分散，避免对表面修饰的氮化硅的表面包裹的氧化钇-氧化铝烧结助剂膜层造成损伤。进一步地，有机溶剂选自甲醇、乙醇和丙酮中的至少一种，如可以是单独的甲醇、单独的乙醇、单独的丙酮、甲醇和乙醇二者的组合、甲醇和丙酮二者的组合、乙醇和丙酮二者的组合、甲醇和乙醇以及丙酮三者的组合等。经发明人研究发现，通过上述方法制得的氮化硅陶瓷粉，在温度1700-1800℃、氮气压力30mpa的条件下热压30min左右即可得到致密高强的氮化硅陶瓷。本发明还提供一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉，其是由上述的可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法制得，因此相应地，能够用于氮化硅陶瓷的快速烧结成型，且烧结得到的氮化硅陶瓷具备抗弯强度高以及抗裂性能佳等特点。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，包括：s1、将12kg钇醇盐及6kg铝醇盐溶解于220kg醇溶剂中，形成溶胶。其中钇醇盐为乙醇盐，铝醇盐为乙醇盐，醇溶剂为无水乙醇。s2、于搅拌中向溶胶中加入105kgα-氮化硅和6kgβ-氮化硅，添加3kg三亚乙基四胺混合均匀，滴加氨水调节ph值为9-10后加热至60-80℃密封6h，形成凝胶。s3、将凝胶在温度400-500℃的条件下煅烧干燥，得到表面修饰的氮化硅。s4、将表面修饰的氮化硅与6kg氮化硼纳米管和10kg碳化硅晶须分散于乙醇中，以500r/min的转速搅拌1.5h，然后于温度120-150℃的条件下烘干至有机溶剂的含量不高于1wt％，得到可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉。实施例2一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，包括：s1、将10kg钇醇盐及8kg铝醇盐溶解于200kg醇溶剂中，形成溶胶。其中钇醇盐为乙醇盐，铝醇盐为异丙醇盐，醇溶剂为质量比为1:1的无水乙醇和异丙醇。s2、于搅拌中向溶胶中加入95kgα-氮化硅和5kgβ-氮化硅，添加2kg三亚乙基四胺混合均匀，滴加氨水调节ph值为9-10后加热至60-80℃密封4h，形成凝胶。s3、将凝胶在温度400-500℃的条件下煅烧干燥，得到表面修饰的氮化硅。s4、将表面修饰的氮化硅与5kg氮化硼纳米管和8kg碳化硅晶须分散于乙醇中，以400r/min的转速搅拌2h，然后于温度120-150℃的条件下烘干至有机溶剂的含量不高于1wt％，得到可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉。实施例3一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，包括：s1、将15kg钇醇盐及5kg铝醇盐溶解于250kg醇溶剂中，形成溶胶。其中钇醇盐为乙醇盐，铝醇盐为乙醇盐，醇溶剂为正丁醇。s2、于搅拌中向溶胶中加入110kgα-氮化硅和8kgβ-氮化硅，添加4kg三亚乙基四胺混合均匀，滴加氨水调节ph值为9-10后加热至60-80℃密封8h，形成凝胶。s3、将凝胶在温度400-500℃的条件下煅烧干燥，得到表面修饰的氮化硅。s4、将表面修饰的氮化硅与8kg氮化硼纳米管和12kg碳化硅晶须分散于乙醇中，以600r/min的转速搅拌1h，然后于温度120-150℃的条件下烘干至有机溶剂的含量不高于1wt％，得到可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉。实施例4一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，其与实施例1的不同之处在于：未添加三亚乙基四胺。实施例5一种可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，其与实施例1的不同之处在于：表面修饰的氮化硅与氮化硼纳米管和碳化硅晶须采用干粉直接混合。对比例一种氮化硅陶瓷粉的制备方法，其与实施例1的不同之处在于：采用氧化钇代替钇醇盐，该氧化钇与钇醇盐的摩尔总量相同。采用氧化铝代替铝醇盐，该氧化铝与铝醇盐的摩尔总量相同。不采用溶胶-凝胶法，将氧化钇、氧化铝、α-氮化硅和β-氮化硅干粉混合后，采用s4中的方法与氮化硼纳米管和碳化硅晶须混合。试验例将实施例1-5以及对比例制得的氮化硅陶瓷粉采用220mpa的压力进行冷等静压成型压制，得到陶瓷素坯。将陶瓷素坯在温度温度1700-1800℃、氮气压力30mpa的条件下热压30min，得到氮化硅陶瓷。对实施例1-5及对比例1制得的氮化硅陶瓷粉烧结得到的氮化硅陶瓷进行性能测试，其包括：采用三点弯曲法测得抗弯强度及断裂韧性，测得的结果如表1所示。表1氮化硅陶瓷性能测试表项目抗弯强度/(mpa)断裂韧性/(mpa·m1/2)实施例110299.5实施例210129.3实施例310489.6实施例49268.7实施例59398.8对比例8327.8综上，本发明提供的可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉的制备方法，采用α-氮化硅和β-氮化硅的复合体系进行烧结，以β-氮化硅诱导α-氮化硅进行晶型转变，使α-氮化硅通过溶解-析出在β-氮化硅的表面生长，有利于快速烧结、提高烧结产品的致密度及强度。烧结助剂采用钇醇盐和铝醇盐的形式加入，通过溶胶-凝胶技术形成包裹于氮化硅表面的氧化钇-氧化铝烧结助剂，得到的表面改性的氮化硅粉体具有更好的烧结活性，晶界易于微晶化，适于快速烧结致密，易于获得晶粒尺寸均一、性能稳定的氮化硅陶瓷。在此基础上，引入氮化硼纳米管、碳化硅晶须，能够进一步提高产品的韧性、抗弯强度以及抗裂性能等。通过该方法制得的氮化硅陶瓷粉，在温度1700-1800℃、氮气压力30mpa的条件下热压30min左右即可得到致密高强的氮化硅陶瓷。本发明提供的可快速烧结成型的氮化硅陶瓷粉，由上述的制备方法制得，因此相应地，能够用于氮化硅陶瓷的快速烧结成型，且烧结得到的氮化硅陶瓷具备抗弯强度高以及抗裂性能佳等特点。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。当前第1页12