专利名称：一种α＇-SiAlON晶种无压制备的方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及α' -SiAlON晶种无压制备的方法
背景技术：
SiAlON陶瓷以其出色的机械性能、热物理性能和化学稳定性等优良特点，被认为 是最有希望的高温结构陶瓷之一，在冶金、宇航、交通运输、化工机械、建材、医学等领域具 有广阔的应用前景。SiAlON是Si3N4材料和其它添加剂材料的固溶体，也具有两种结构 即α和β相，其中α ‘ -SiAlON具有硬度高、热稳定性好、耐腐蚀、耐磨损等优良特点， 但是由于α ‘ -SiAlON陶瓷的等轴状晶粒组织形貌，使材料的韧性和强度都较低，大大限 制了其应用。为了改善其材料的断裂韧性和强度，研究工作者在这方面做了大量的研究 工作，如采用颗粒弥散增韧、相变增韧、晶种或晶须增韧等，其中晶种增韧增强的效果还是 比较明显得。同时对晶种的制备方法虽然也进行了广泛的研究，如Renli Fu(Combustion synthesis of rod-like α ' -SiAlON seed crystals, Materials Letters,2004, (58) 1956-1958)采用燃烧法制备晶种的方法，但该方法制备的晶种杂杂质含量偏高，晶种不易 提取° 而 Misha Zenotchkine (Synthesis of α ‘ -SiAlON seed crystals J. Am. Ceram. Soc. ,2001,84(7) 1651-53)采用热压烧结的方法制备的晶种，但该方法成本较高，并且产 率很低。a' -SiAlON晶种无压制备的方法，很好的解决了上述的问题，不但降低了成本， 还很好的控制了杂质的含量，并有效的提高了 SiAlON晶种的产率。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便快捷，生产成本低，制备产品纯度高的以Si3N4和 AlN为主要原料制备α ‘ -SiAlON晶种的方法。本发明以Si3N4、AlN、Y203和纳米Al2O3为原料，通过配料、球磨、过筛、成型退胶、高 温合成、粉碎、酸洗等工艺合成α ’ -SiAlON晶种，具体工艺步骤如下(1)配料按所要制备材料的组成和配比进行配料。(2)球磨将配制好的混合料在行星磨上以无水乙醇为球磨介质，使用Si3N4球球 磨8 12小时。(3)成型首先将料倒入乙基纤维素和松油醇的混合溶液中，其中乙基纤维素和 松油醇的质量百分数分别为96%和4%，其中料与溶液的重量比为5 1.然后加入少许分 散剂，在平板上将料混合物展开薄膜，保持薄膜的厚度为0. 1 0. 3mm，最后在室温下晾干 取下。(4)退胶将晾干的物料和埋粉一并装入坩埚中，再以1 2V /min的升温速率加 热到50(TC，并保温2小时，然后自然冷却至室温。(5)高温合成将退胶好的物料放入高温炉中，通入流动N2气为保护气体，采用快 速升温的方法，升温速率为15°C /min，当温度达到1700°C时，开始保温，保温时间为1 2 小时，然后通过自然冷却至室温。
(6)粉碎将烧结的样品经过机械粉碎，过125目蹄，同时预防外来杂质进入样品。(7)酸洗将过筛后的样品，首先放入HF酸和HNO3的混合液中，其中HF酸和HNO3 的体积比为4 1，放入60 90°C的烘箱中反应8 12小时，除去烧结产品中的黄长石和 玻璃相，反应结束后用蒸馏水冲洗样品并去除残留酸。然后放入浓H2SO4中，在160°C下反 应8 12小时，除去产品中剩余的杂质化合物，然后用蒸馏水冲洗样品并干燥。本发明的产品α丨-SiAlON晶种长度为1 5μπι，长径比为1 10之间。具有 高硬度，高模量、耐高温和良好的化学稳定性，同时该产品外观光洁和产率较高的特点，是 一种优良的陶瓷的补强增韧材料，可有效的对SiAlON陶瓷及其它陶瓷材料起到良好的增 强增韧作用。本发明的特点是生产方便快捷，生产成本低，易于进行规模化的生产，为大量生产 α ‘ -SiAlON晶种提供了一个新的途径，也为SiAlON晶种的制备和生长机理奠定了理论和 工艺基石出。
图1为无压制备α ‘ -SiAlON晶种的XRD照片。图2为无压制备α ‘ -SiAlON晶种的SEM照片
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步的描述实施例1一种α ‘ -SiAlON晶种无压制备的方法(1)配料按所要制备材料的组成和配比进行配料。(2)球磨将配制好的混合料在行星磨上以无水乙醇为球磨介质，使用Si3N4球球 磨8 12小时。(3)成型首先将料倒入乙基纤维素和松油醇的混合溶液中，其中乙基纤维素和 松油醇的质量百分数分别为96%和4%，其中料与溶液的重量比为5 1.然后加入少许分 散剂，在平板上将料混合物展开薄膜，保持薄膜的厚度为0. 1 0. 3mm,最后在室温下晾 干取下。C(4)退胶将晾干的物料和埋粉一并装入坩埚中，再以1 2V /min的升温速率加 热到500°C，并保温2小时。(5)高温合成将退胶好的物料放入高温炉中，通入流动N2气为保护气体，采用快 速升温的方法，升温速率为15°C /min，当温度达到1700°C时，开始保温，保温时间为1 2 小时，然后通过自然冷却至室温。(6)粉碎将烧结的样品经过机械粉碎，过125目筛。(7)酸洗将过筛后的样品，首先放入HF酸和HNO3的混合液中，其中HF酸和HNO3 的体积比为4 1，放入60 90°C的烘箱中反应8 12小时，除去烧结产品中的黄长石和 玻璃相，反应结束后用蒸馏水冲洗样品并除去残留酸。然后放入浓H2SO4中，在160°C下反 应8 12小时，除去产品中剩余的杂质化合物，然后用蒸馏水冲洗样品并干燥。
本发明的产品本发明的产品α ‘ -SiAlON晶种长度为1 5μπι，长径比为1 10 之间，晶体结构完整，表面光洁。
权利要求
一种α′ SiAlON晶种无压制备的方法，其特征在于以Si3N4、AlN、Y2O3和纳米Al2O3为原料，其中Si3N4和AlN表面的氧含量不计入起始原料(原料氧含量都＜2％)。同时为了促进SiAlON陶瓷的烧结，我们加入过量的Y2O3和纳米Al2O3。其工艺步骤如下(1)配料按所要制备材料的组成和配比进行配料。(2)球磨将配制好的混合料在行星磨上以无水乙醇为球磨介质，使用Si3N4球球磨8～12小时。(3)成型首先将料倒入乙基纤维素和松油醇的混合溶液中，其中乙基纤维素和松油醇的质量百分数分别为96％和4％，其中料与溶液的重量比为5∶1.然后加入少许分散剂，在平板上将料混合物展开薄膜，保持薄膜的厚度为0.1～0.3mm，最后在室温下晾干取下。(4)退胶将晾干的物料和埋粉一并装入坩埚中，再以1～2℃/min的升温速率加热到500℃，并保温2小时。(5)高温合成将退胶好的物料放入高温炉中，通入流动N2气为保护气体，采用快速升温的方法，升温速率为15℃/min，当温度达到1700℃时，开始保温，保温时间为1～2小时，然后通过自然冷却至室温。(6)粉碎将烧结的样品经过机械粉碎，过125目筛。(7)酸洗将过筛后的样品，首先放入HF酸和HNO3的混合液中，其中HF酸和HNO3的体积比为4∶1，放入60～90℃的烘箱中反应8～12小时，除去烧结产品中的黄长石和玻璃相，反应结束后用蒸馏水冲洗样品并除去残留酸。然后放入浓H2SO4中，在160℃下反应8～12小时，除去产品中剩余的杂质化合物，然后用蒸馏水冲洗样品并干燥。
2.根据权利要求1所述的α‘ -SiAlON晶种无压制备的方法，其特征在于配料按质量 百分比为:Si3N474. 42%, AlN 13. 02%, Y2038. 83%, Al2033. 73%。
3.根据权利要求1所述的α‘ -SiAlON晶种无压制备的方法，其特征在于Si3N4和AlN 表面的氧含量< 2%，没有记入起始原料。
4.根据权利要求1所述的α‘ -SiAlON晶种无压制备的方法，其特征在于球磨混合组 分料所有颗粒粒径小于80目。
5.根据权利要求1所述的α‘ -SiAlON晶种无压制备的方法，其特征在于粉碎烧结样 品时，烧结样品的颗粒粒径小于125目。
6.根据权利要求1所述的α‘ -SiAlON晶种无压制备的方法，其特征在于HF酸和HNO3 的体积比要大于4 1。
7.根据权利要求1所述的α’ -SiAlON晶种无压制备的方法，其特征在于混合料与乙 基纤维素和松油醇混合液的重量比为4 1。
全文摘要
本发明具体涉及一种α′-SiAlON晶种无压制备及酸洗的过程。该制备过程以Si3N4、AlN、Y2O3和纳米Al2O3为原料，其中Y2O3和纳米Al2O3为稳定剂和烧结助剂，经过配料、球磨、过筛、退胶，在流动N2气α氛保护下1700℃保温1～2小时无压烧结达到致密。烧结样品经过粉碎，过125目筛，首先由HF酸和HNO3酸(体积比4∶1)在60～90℃下，反应8～12小时，用蒸馏水洗去残留酸后；然后在160℃下浓H2SO4中反应8～12小时，用蒸馏水洗去残留酸后得到长度为1～5μm，长径比为1～10的SiAlON晶种产品。该产品具有高硬度，高模量、耐高温和良好的化学稳定性，同时该产品外观光洁和高产率的特点，是一种优良的陶瓷的补强增韧材料，可有效的对SiAlON陶瓷及其它陶瓷材料起到良好的增强增韧作用。
文档编号C04B35/599GK101935225SQ200910032510
公开日2011年1月5日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者石现友, 郭露村, 陈涵 申请人:南京工业大学