一种氮化硅/六方氮化硼纳米复相陶瓷的制备方法
【专利说明】-种氮化括/六方氮化棚纳米复相陶瓷的制备方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于陶瓷材料技术领域，设及氮化棚复相陶瓷的制备方法，特别设及一种 氮化娃/六方氮化棚纳米复相陶瓷的制备方法。 【【背景技术】】
[0002] 六方氮化棚陶瓷具有优良的高溫抗氧化性能、抗热震性能、化学惰性、电绝缘性、 热传导性、可加工性，W及不与大多数玻璃和金属烙体浸润的特性，因而具有广泛的工程应 用前景。h-BN的结构与石墨类似，均为层状结构，层内为强SP2杂化共价键，而层间是弱范德 华力，高溫自扩散系数低，很难烧结致密化，通常是采用热压或热等静压工艺制备h-BN陶 瓷审。品。
[0003] 将h-BN引入氮化娃基体可提高氮化娃/六方氮化棚复相陶瓷对高溫金属烙 体的耐腐蚀性能、抗热震性能W及可加工性，但是由于h-BN的难烧结性，通常也采用热 压烧结技术制备SIsNaA-BN复相陶瓷。对此工艺而言，由于混料和烧结过程中h-BN颗 粒的自团聚作用会降低所制备复相陶瓷的机械性能，所W，目前主要是采用化学包覆法 在SisNA颗粒表面包覆纳米氮化棚层，然后再采用热压技术制备SisNaA-BN纳米复相陶 瓷（JournaloftheAmericanCeramicSociety, 2002, 85(11):2678-2688!Materials ScienceandEngineering:A, 2006, 415:145-148;MaterialsScienceandEngineer! ng:A, 2008, 483-484:207-210)，对此工艺而言，虽然所制备SisVh-BN纳米复相陶瓷力 学性能优异，但是成本较高，工艺复杂，应用范围受限。除此之外，张国军研究组WSi粉 和h-BN为原料，采用反应烧结工艺制备SIsNaA-BN复相陶瓷（CeramicsInternation al，2009, 35:2155-2159)，此工艺所制备复相陶瓷致密度较低，气孔率偏高，力学性能较低。 【
【发明内容】
】
[0004] 本发明的目的在于改进SisVh-BN复相陶瓷现有制备技术的不足，提供一种氮化 娃/六方氮化棚纳米复相陶瓷的制备方法。该方法操作简单、工艺条件容易控制、成本较 低，适合于工业化生产。 阳〇化]本发明是通过W下技术方案来实现：
[0006] 一种氮化娃/六方氮化棚纳米复相陶瓷的制备方法，包括W下步骤：
[0007] 1)将六方氮化棚与无水乙醇混和均匀配制成六方氮化棚浆料，向六方氮化棚浆料 中加入棚酸S下醋的乙醇溶液，六方氮化棚与棚酸S下醋的摩尔比为1 : (0. 005~0. 05); 揽拌充分反应后，将乙醇蒸出得到混合粉体A;将所得混合粉体A烘干后，置于管式烧结炉， 通入保护气氛，在200~500°C下处理0. 5~化，即得到表面包覆纳米氧化棚粒子层的六方 氮化棚粉体；
[0008] 2)将上述包覆氧化棚层的六方氮化棚与无水乙醇混和均匀，加入正娃酸乙醋的乙 醇溶液，六方氮化棚与正娃酸乙醋的摩尔比为1 : (0. 005~0. 05);揽拌充分反应后，将乙醇 蒸出得到混合粉体B;将所得混合粉体B烘干后，置于管式烧结炉，通入保护气体，在170~ 500°C下处理0. 5~化，得到表面改性的氮化棚粉体，即表面依次包覆纳米氧化娃和氧化棚 层的六方氮化棚粉体；
[0009] 扣按照质量百分比计，称取氮化娃80~90%，稀±氧化物5~15%，氧化侣1~ 8%，然后再渗入体积比为0~30 %的表面改性的氮化棚粉体，将混合粉体进行湿法球磨， 再将浆料进行烘干、研磨、过筛、造粒、模压成型、冷等静压处理制备出生巧；生巧在300~ 600°C下排胶8~2地，将排胶处理后的生巧置于气氛烧结炉，在保护气气氛下，W5~ 15°C/min的速率升溫至1500~1850°C进行无压烧结，保溫0. 5~地，即制得氮化娃/六 方氮化棚纳米复相陶瓷材料。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述六方氮化棚粉体的纯度大于98%，粒径《10ym。
[0011] 作为本发明的进一步改进，步骤1)所述六方氮化棚与无水乙醇混和体积比为1: (3~10);所述的棚酸S下醋的乙醇溶液质量浓度为1~50%。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述包覆氧化棚层的六方氮化棚与无水乙醇混和体积 比为1 : (3~10);所述的正娃酸乙醋的乙醇溶液质量浓度为1~50%。
[0013] 作为本发明的进一步改进，棚酸=下醋的乙醇溶液与正娃酸乙醋的乙醇溶液均采 用滴加的方式加入，滴加速度均为1~30ml/min。
[0014] 作为本发明的进一步改进，步骤1)和步骤2)中揽拌均采用磁力揽拌，揽拌速率为 10~1000巧m，揽拌时间为1~12h，;烘干工艺为：溫度90°C烘干1-化；乙醇蒸出步骤是在 旋转蒸发仪内进行。
[0015] 作为本发明的进一步改进，稀±氧化物为氧化锭、氧化铜或氧化衫。
[0016] 作为本发明的进一步改进，步骤3)所述湿法球磨是将混合之后粉体装入球磨罐， 按照料球质量比1:3的比加入玛瑶球，再加入无水乙醇，总量不超过球磨罐容积的2/3,然 后在行星球磨机上W200~45化/min的转速湿磨2~12h。
[0017] 作为本发明的进一步改进，所述步骤3)造粒工艺所用的溶液为浓度为4~8wt% 的聚乙締醇水溶液，聚乙締醇水溶液加入量占造粒工艺中原料总和的5~10%。
[0018] 作为本发明的进一步改进，步骤3)中冷等静压处理的压力为100-200MPa;排胶是 将生巧置于马弗炉中进行；将排胶处理后的生巧放入石墨相蜗，置于气氛烧结炉进行烧结。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0020] 一种氮化娃/六方氮化棚纳米复相陶瓷的制备方法，采用棚酸=下醋和正娃酸乙 醋为原料，依次在商用六方氮化棚粉体表面包覆纳米氧化棚和二氧化娃粒子层，将表面化 学改性后的六方氮化棚粉体与商用氮化娃粉体、烧结助剂粉体混合，经球磨揽拌、干燥、造 粒、成型、排胶工艺后，在气氛烧结炉中于1500~1850°C进行无压烧结制备而成。本发明 的制备方法操作简单、工艺条件容易控制，成本低廉，适合工业化生产，通过在h-BN粉体表 面包覆B203和SiO2层实现对h-BN粉体的化学改性，结合无压烧结技术实现h-BN颗粒的原 位纳米化，从而制备出力学性能良好的氮化娃/六方氮化棚纳米复相陶瓷材料。该纳米复 相陶瓷材料致密度大于90%，该技术所制备的氮化娃/六方氮化棚纳米复相陶瓷可作为透 波材料、耐火材料等，在航空航天，冶金等领域具有广阔的应用前景。具体机理及优点表现 为：
[0021](1)采用棚酸=下醋和正娃酸乙醋为原料，W无水乙醇为分散介质，依次对六方氮 化棚粉体进行表面化学改性，利用棚酸=下醋W及正娃酸乙醋在惰性气氛下的热分解依次 在h-BN粉体表面包覆纳米氧化棚和二氧化娃层。现有氮化娃/六方氮化棚复相陶瓷材料 制备技术要么是利用棚源和氮源（例如棚酸和尿素）的高溫化学反应在氮化娃颗粒表面原 位生成纳米氮化棚层，要么就是利用娃粉与氮气发生氮化反应原位生成氮化娃，本发明则 是对六方氮化棚粉体进行表面化学改性。相对于现有氮化娃/六方氮化棚复相陶瓷材料制 备技术，本发明提出的方法更简单，操作更容易控制，处理溫度更低，而且原料很容易获得， 成本较低，部分原料（如无水乙醇）还可W回收并能重复利用，进一步降低成本，特别适合 大规模生产。
[0022] (2)通过在h-BN粉体表面包覆氧化棚和二氧化娃纳米层实现对h-BN粉体的表面 化学改性，表面改性层可在较低的溫度下与所添加烧结助剂（如稀±氧化物和氧化侣）形 成低共烙液相，在无压烧结过程中利用玻璃相的高溫粘性流动对改性后的h-BN颗粒进行 原位液相剥离，从母体h-BN颗粒剥离的h-BN片层随着玻璃相的流动均匀分布，部分作为 beta相氮化娃的异相形核中屯、形成晶内分布纳米h-BN颗粒，其余部分则分布在beta相 氮化娃晶粒中间形成晶间分布的纳米h-BN颗粒，因此在无压烧结过程中实现h-BN颗粒的 原位纳米化，从而制备出力学性能良好的氮化娃/六方氮化棚纳米复相陶瓷材料。对现有 氮化娃/六方氮化棚复相陶瓷材料制备技术而言，无论是在氮化娃颗粒表面原位生成纳米 氮化棚层再进行热压烧结的技术，还是利用娃粉与氮气的氮化反应的反应烧结工艺，均未 考虑烧结过程中玻璃相对h-BN颗粒的原位剥离作用，也未设及到h-BN颗粒表面氧化层对 h-BN颗粒剥离的贡献，而本发明则设及六方氮化棚粉体表面化学改性层与烧结助剂形成低 共烙液相的过程对h-BN颗粒的原位剥离作用。相对于现有氮化娃/六方氮化棚复相陶瓷 材料制