一种氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体是一种氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 陶瓷的发展史是中华文明史的一个重要的组成部分，中国作为四大文明古国之 一，为人类社会的进步和发展做出了卓越的贡献，其中陶瓷的发明和发展更具有独特的意 义，中国历史上各朝各代有着不同艺术风格和不同技术特点。随着近代科学技术的发展，近 百年来又出现了许多新的陶瓷品种。它们不再使用或很少使用粘土、长石、石英等传统陶瓷 原料，而是使用其他特殊原料，甚至扩大到非硅酸盐，非氧化物的范围，并且出现了许多新 的工艺。美国和欧洲一些国家的文献已将"Cerami C" 一词理解为各种无机非金属固体材料 的通称。因此陶瓷的含义实际上已远远超越过去狭窄的传统观念了。
[0003] 随着航空航天技术的发展，飞行器的飞行马赫数不断提高，对陶瓷材料的性能提 出了更高要求，传统陶瓷材料不能满足以上综合要求，高性能陶瓷及陶瓷基复合材料成为 各国研究的重点。其中，氮化硅具有高强度、高硬度、抗热震等一系列优良性能，其成型方法 和加工工艺成为科研单位研究的热点之一。现有的氮化硅陶瓷在烧制过程中，容易在表面 或内部形成气孔，在使用过程中，这些气孔将影响氮化硅陶瓷的力学性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料及其制备方法，以解决 上述【背景技术】中提出的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] 一种氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料，由以下按照重量份的原料组成:氮化硅粉92-98份、硅化钽粉12-15份、钕粉3-6份、氧化铑粉2-5份。
[0007] 作为本发明进一步的方案：由以下按照重量份的原料组成：氮化硅粉93-97份、硅 化钽粉13-14份、钕粉4-5份、氧化铑粉3-4份。
[0008] 作为本发明再进一步的方案：由以下按照重量份的原料组成:氮化硅粉95份、硅化 钽粉14份、钕粉5份、氧化铑粉3份。
[0009] 所述氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
[0010] 1)称取氮化硅粉和硅化钽粉，混合均匀后，获得第一混合料；
[0011] 2)将第一混合料投入至球磨机中，以无水乙醇作为分散介质，球磨10_13h，获得第 二混合料；
[0012] 3)将第二混合料放入干燥箱中，经过干燥去除无水乙醇后，获得第三混合料；
[0013] 4)将第三混合料投入热压烧结炉中，在氮气的氛围下进行预烧结处理，预烧结气 压为20-30Mpa，首先升温至1080-1100°C，保温l_2h，然后升温至1520-1540°C，保温l_2h，获 得预烧结料；
[0014] 5)将预烧结料粉碎，获得预烧结粉末，称取钕粉和氧化铑粉，并与预烧结粉末合 并，混合均匀后，获得第四混合料；
[0015] 6)将第四混合料加入至球磨机中，以无水乙醇作为分散介质，球磨20-25h，获得第 五混合料；
[0016] 7)将第五混合料放入干燥箱内，经过干燥去除无水乙醇后，获得第六混合料；
[0017] 8)将第六混合料放入模具中，在100-120Mpa、850-900°C下热等静压成型，获得素 坯；
[0018] 9)将素坯放入热压烧结炉中，在氮气的氛围下进行烧结处理，烧结气压为45- 50Mpa，首先升温至1250-1270°C，保温l_2h，然后升温至1820-1860°C，保温3-4h，获得氮化 硅-硅化钽复合陶瓷材料。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明制备的氮化硅-硅化钽复合陶瓷材 料，气孔率为〇. 4-0.8%，气孔率低，该陶瓷材料制品在长时间工作过程中依然能够保持良 好的力学性能，使用寿命长，另外，本发明制备的氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料的断裂韧性 为6.2-6.7Mpa · m1/2,断裂韧性高，有利于满足市场对氮化硅陶瓷材料日益提高的性能要 求。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0021] 实施例1
[0022] 一种氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料，由以下按照重量份的原料组成：氮化硅粉92 份、硅化钽粉12份、钕粉3份、氧化铑粉2份。
[0023] 本实施例中所述氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
[0024] 1)称取氮化硅粉和硅化钽粉，混合均匀后，获得第一混合料；
[0025] 2)将第一混合料投入至球磨机中，以无水乙醇作为分散介质，球磨10h，获得第二 混合料；
[0026] 3)将第二混合料放入干燥箱中，经过干燥去除无水乙醇后，获得第三混合料；
[0027] 4)将第三混合料投入热压烧结炉中，在氮气的氛围下进行预烧结处理，预烧结气 压为20Mpa，首先升温至1080°C，保温lh，然后升温至1520°C，保温lh，获得预烧结料；
[0028] 5)将预烧结料粉碎，获得预烧结粉末，称取钕粉和氧化铑粉，并与预烧结粉末合 并，混合均匀后，获得第四混合料；
[0029] 6)将第四混合料加入至球磨机中，以无水乙醇作为分散介质，球磨20h，获得第五 混合料；
[0030] 7)将第五混合料放入干燥箱内，经过干燥去除无水乙醇后，获得第六混合料；
[0031] 8)将第六混合料放入模具中，在100Mpa、850°C下热等静压成型，获得素坯；
[0032] 9)将素坯放入热压烧结炉中，在氮气的氛围下进行烧结处理，烧结气压为45Mpa， 首先升温至1250°C，保温lh，然后升温至1820°C，保温3h，获得氮化硅-硅化钽复合陶瓷材 料。
[0033] 实施例2
[0034] -种氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料，由以下按照重量份的原料组成：氮化硅粉98 份、硅化钽粉15份、钕粉6份、氧化铑粉5份。
[0035] 本实施例中所述氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
[0036] 1)称取氮化硅粉和硅化钽粉，混合均匀后，获得第一混合料；
[0037] 2)将第一混合料投入至球磨机中，以无水乙醇作为分散介质，球磨13h，获得第二 混合料；
[0038] 3)将第二混合料放入干燥箱中，经过干燥去除无水乙醇后，获得第三混合料；
[0039] 4)将第三混合料投入热压烧结炉中，在氮气的氛围下进行预烧结处理，预烧结气 压为30Mpa，首先升温至1100°C，保温2h，然后升温至1540°C，保温2h，获得预烧结料；
[0040] 5)将预烧结料粉碎，获得预烧结粉末，称取钕粉和氧化铑粉，并与预烧结粉末合 并，混合均匀后，获得第四混合料；
[0041] 6)将第四混合料加入至球磨机中，以无水乙醇作为分散介质，球磨25h，获得第五 混合料；
[0042] 7)将第五混合料放入干燥箱内，经过干燥去除无水乙醇后，获得第六混合料；
[0043] 8)将第六混合料放入模具中，在120Mpa、900°C下热等静压成型，获得素坯；
[0044] 9)将素坯放入热压烧结炉中，在氮气的氛围下进行烧结处理，烧结气压为50Mpa， 首先升温至1270°C，保温2h，然后升温至1860°C，保温4h，获得氮化硅-硅化钽复合陶瓷材 料。
[0045] 实施例3
[0046] -种氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料，由以下按照重量份的原料组成：氮化硅粉95 份、硅化钽粉14份、钕粉5份、氧化铑粉3份。
[0047] 本实施例中所述氮化硅-硅化钽复合陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
[0048] 1)称取氮化硅粉和硅化钽粉，混合均匀后，获得第一混合料；
[0049] 2)将第一混合料投入至球磨机中，以无水乙醇作为分散介质，球磨12h，获得第二 混合料；
[0050] 3)将第二混合料放入干燥箱中，经过干燥去除无水乙醇后，获得第三混合料；
[0051] 4)将第三混合料投入热压烧结炉中，在氮气的氛围下进行预烧结处理，预烧结气 压为25Mpa，首先升温至1090°C，保温1.5h，然后升温至1530°C，保温1.5h，获得预烧结料；
[0052] 5)将预烧结料粉碎，获得预烧结粉末，称取钕粉和氧化铑粉，并与预烧结