一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相 陶瓷材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 常见的含纳米氮化硼的复相陶瓷的制备通常分为直接烧结法与间接烧结法。直 接烧结法如CN104072146A公开之专利，首先将纳米氮化硼按一定比例加入到其它陶瓷粉 体中，其次经过球磨、干燥，最后通过热压烧结而成，其工艺简单成本低廉，但纳米粉体在 初始混料过程中容易发生团聚，从而影响最终烧结所得陶瓷材料的性能。间接烧结法如 CN103172050A公开之专利，首先将陶瓷颗粒浸入到硼酸、尿素溶液中，经过一定处理得到表 面包覆有氮化硼的陶瓷前驱体，然后再在高温下烧结得到纳米氮化硼复相陶瓷，其综合性 能良好，纳米氮化硼分布均匀，但其对设备要求高，工艺复杂。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种纳米级六方氮化 硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方法，该方法操作简单，对设备要求低，经该方法制得的 复相陶瓷材料的致密度、弯曲强度及断裂韧性良好。
[0004] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0005] -种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方法，包括：
[0006] 将六方氮化硼粉体在400?800°C下进行氧化处理，将氧化处理后的六方氮化硼 粉体与二氧化硅粉体混合，经球磨搅拌、造粒、压片、排胶后，在气氛炉中于1500?1600°C 进行烧结，经冷却制得纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料。
[0007] 本发明的纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方法，包括以下步 骤：
[0008] 1)按1:5?8的质量比，取六方氮化硼粉体和二氧化硅粉体，先将六方氮化硼粉体 在400?800°C下氧化处理3?7d，然后将氧化处理后的六方氮化硼粉体与二氧化硅粉体 混合，得混合粉体；
[0009] 2)将混合粉体进行湿法球磨，球磨得到的浆料烘干、粉碎、过筛；
[0010] 3)向过筛得到的粉料中加入粉料质量5%?10%的聚乙烯醇水溶液，研磨造粒， 制得造粒料，将造粒料压制成还体；
[0011] 4)将坯体在400?600 °C下排胶12?24h ;
[0012] 5)将排胶处理后的坯体在氮气气氛下，以5?15°C /min的速率升温至1500? 1600°C，保温1?3h后，冷却，制得纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料。
[0013] 所述六方氮化硼粉体的粒径为5?10 μ m。
[0014] 步骤2)所述的湿法球磨是将混合粉体装入球磨罐中，按照1:3的料球比向球磨罐 中加入玛瑙球，然后加入占球磨罐体积2/3的酒精，在滚筒球磨机上以120?150r/min的 转速下湿磨12?18h。
[0015] 所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为8?10%。
[0016] 所述步骤3)是将造粒料在等静压机中以IOOMPa的压力压制成坯体。
[0017] 步骤4)所述的排胶是将坯体置于马弗炉中进行。
[0018] 所述步骤5)是将排胶处理后的坯体置于石墨模具中进行升温烧结。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0020] 本发明的纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方法，对六方氮化硼 粉体进行氧化处理，使得原始氮化硼粉体（BN)表面被引入大量的含氧缺陷（BxNyO)。在接 下来的高温烧结过程中，经过处理的六方氮化硼粉体（BxNyO)在与易与SiO 2反应生成硼 硅玻璃相（液相），且随着温度的进一步增高，液相的粘度也随之减小，最终在毛细管力的 作用下，这部分液相完全渗入到六方氮化硼的片层状结构中并与之产生剪切力。在剪切力 的作用下，大尺寸的氮化硼颗粒（微米级）于是逐步被剥离碎化成了小尺寸的氮化硼颗粒 (纳米级）。由于氮化硼粉体是在高温烧结过程中原位破碎，因此其颗粒分散均匀，无大规 模团聚现象，故最终烧结所得复相陶瓷的各方面性能（致密度、弯曲强度、断裂韧性等）都 较为优良。本发明方法操作流程简单，对设备要求低，适合工业化大规模生产。
【附图说明】
[0021] 图1为未经处理的六方氮化硼粉体的初始微观形貌图；
[0022] 图2为未经处理的氮化硼粉体烧结制备所得复相陶瓷微观形貌图；
[0023] 图3为本发明方法制备得到的纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的微观 形貌图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0025] 实施例1
[0026] 一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027] (1)首先称取一定质量的粒径在5?10 μm的六方氮化硼粉体，将其放在马弗炉 中，在400 °C下通气氧化处理7天；
[0028] (2)按氮化硼氧化硅质量比1:5称取一定质量的二氧化硅粉体，与一开始处理所 得氮化硼粉体混合装入球磨罐，按照料球比1:3的质量比向球磨罐中加入玛瑙球，然后再 倒入占球磨罐三分之二体积的酒精，接着在滚筒球磨机上以150r/min的转速湿磨12h ;
[0029] (3)将球磨后的浆料在70°C下烘干，得到粉体过40目筛，接着向粉料中加入质量 分数为8%、质量为粉料重量5%的PVA(聚乙烯醇）水溶液，然后研磨造粒得造粒料；
[0030] (4)将造粒料装入模具，在等静压机上以IOOMPa压成坯体；
[0031] (5)将所得坯体置于马弗炉中，在400°C _600°C下排胶24h ;
[0032] (6)将上述所得坯体放在石墨模具中，在氮气气氛下以10°C /min的速率升温至 1500°C，保温2h后随炉冷却，得氮化硼/二氧化硅复相陶瓷。
[0033] 参见附图，图1?3中分别为初始六方氮化硼粉体、未经预处理氮化硼粉体及本实 施例采用预处理氮化硼粉体烧结制备所得复相陶瓷的微观形貌对比图，从图中可以看出， 初始六方氮化硼粉体粒径约为10 μ m左右（图1)，在与二氧化硅烧结所得复相陶瓷后，其尺 寸并无明显变化（图2)，但经过氧化预处理后，在与二氧化硅烧结所得复相陶瓷中，氮化硼 粉体尺寸出现明显碎化变小的迹象，甚至出现了大量纳米级颗粒，且其最大尺寸仅为2 μπι 左右（图3)。
[0034] 未经处理氮化硼粉体烧结所得复相陶瓷（Si02/BN)及经本实施例处理氮化硼粉体 烧结所得复相陶瓷（Si02/BN-〇)的性能参数（气孔率、相对致密度、弯曲强度、断裂韧性） 对比如表1所示：
[0035] 表 1
[0036]
【主权项】
1. 一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于，将六方 氮化硼粉体在400?800°C下进行氧化处理，将氧化处理后的六方氮化硼粉体与二氧化硅 粉体混合，经球磨搅拌、造粒、压片、排胶后，在气氛炉中于1500?1600°C进行烧结，经冷却 制得纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料。
2. 根据权利要求1所述的一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方 法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 按1:5?8的质量比，取六方氮化硼粉体和二氧化硅粉体，先将六方氮化硼粉体在 400?800°C下氧化处理3?7d，然后将氧化处理后的六方氮化硼粉体与二氧化硅粉体混 合，得混合粉体； 2) 将混合粉体进行湿法球磨，球磨得到的衆料烘干、粉碎、过筛； 3) 向过筛得到的粉料中加入粉料质量5%?10%的聚乙稀醇水溶液，研磨造粒，制得 造粒料，将造粒料压制成还体； 4) 将坯体在400?600 °C下排胶12?24h ; 5) 将排胶处理后的坯体在氮气气氛下，以5?15 °C /min的速率升温至1500?1600 °C， 保温1?3h后，冷却，制得纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料。
3. 根据权利要求2所述的一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方 法，其特征在于，所述六方氮化硼粉体的粒径为5?10 ym。
4. 根据权利要求2所述的一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方 法，其特征在于，步骤2)所述的湿法球磨是将混合粉体装入球磨罐中，按照1:3的料球比向 球磨罐中加入玛瑙球，然后加入占球磨罐体积2/3的酒精，在滚筒球磨机上以120?150r/ min的转速下湿磨12?18h。
5. 根据权利要求2所述的一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方 法，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为8?10%。
6. 根据权利要求2所述的一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方 法，其特征在于，所述步骤3)是将造粒料在等静压机中以lOOMPa的压力压制成坯体。
7. 根据权利要求2所述的一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方 法，其特征在于，步骤4)所述的排胶是将坯体置于马弗炉中进行。
8. 根据权利要求2所述的一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方 法，其特征在于，所述步骤5)是将排胶处理后的坯体置于石墨模具中进行升温烧结。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料的制备方法，属于陶瓷材料技术领域。制备包括：将六方氮化硼粉体在400～800℃下进行氧化处理，将氧化处理后的六方氮化硼粉体与二氧化硅粉体混合，经球磨搅拌、造粒、压片、排胶后，在气氛炉中于1500～1600℃进行烧结，经冷却制得纳米级六方氮化硼/二氧化硅复相陶瓷材料。本发明方法操作简单，对设备要求低，经该方法制得的复相陶瓷材料的致密度、弯曲强度及断裂韧性良好。
【IPC分类】C04B35-14, C04B35-626
【公开号】CN104529412
【申请号】CN201410833418
【发明人】金汉 , 李永锋, 史忠旗, 乔冠军
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月27日