专利名称：一种采用溶胶凝胶法制备O’/β-Sialon两相陶瓷的方法
技术领域：
本发明属于陶瓷材料技术领域，涉及一种通过溶胶凝胶法合成Al2O3-Si复合粉在较低温度下制备0’ /0-Sialon两相陶瓷的方法。
背景技术：
Sialon陶瓷是Si3N4和Al2O3的固溶体，它既保留了 Si3N4的优良性质，并且比Si3N4易烧结，同时由于自身密度低、耐热性能良好、抗腐蚀、使用寿命长、优异的介电性能使其作为一种高温结构材料，具有很大的应用前景；在热、光、声、电、化学、生物等各方面具有卓越的功能，在某些方面甚至超过了现代优质合金或其他高分子材料，可广泛应用于冶金、电 子、化工、航空航天等行业。Sialon陶瓷材料除了用于切削刀具、机械密封圈、轴承、热交换器和热发动机部件等领域外，与其他材料的复合进一步扩宽其应用领域。近年来，为了进一步改进Sialon陶瓷的性能，人们对Sialon陶瓷进行了更为深入的研究，包括各种单相Sialon或多种Sialon间复相的研究，以及各种增强的材料在Sialon基体中的成功引入，比如a-P-SiAlON/TiCN复合材料，在电热塞及加热器等方面具有重要用途。另外，通过固相合成法成功合成可以应用于白色-发光二极管的Sialon =Eu2+绿色荧光粉，并且应用它制备了白色-发光二极管，与硅酸盐荧光粉相比，在高驱动电流下展现出稳定的光学稳定性。Sialon还可制成透明陶瓷，用作大功率高压钠灯灯管，高温红外测温仪窗口 ；利用Sialon陶瓷与生物体的良好亲和性，还可以用作人工关节等。作为工程陶瓷的各种Sialon陶瓷中@ -Sialon最稳定的晶相，具有较高的韧性、强度和热导率；而0’ -Sialon则相对于前者具有更好的抗氧化性能，因此将两者优异性能集于一体，对0’ -Sialon/ ^ -Sialon复相陶瓷的研究具有重要意义。已经公布的研究结果表明，0’-Sialon在较低温度范围内合成，而P-Sialon合成温度较高，通常在1600° C以上生成，合成方法多涉及微波等离子体烧结、热等静压烧结、热压烧结等，成本较高。W. Y. Sun 等在 Journal of the European Ceramtc Society, 1989卷发表了，“(O’ + ^)-Sialon陶瓷复合材料相分布研究”的文章，他们通过无压烧结Si3N4、Al2O3和SiO2为原料制备(o’-P)-Sialon复合陶瓷。研究表明0’_Sialon大约在1400。C形成，其含量随着温度上升至1600° C而增加。P-Sialon形成并迅速增加是因为消耗未反应的a-Si3N4和0’相。较高温度下(1700° C以上)，0’ /3的比率依赖于铝的浓度。初始材料中Al2O3越多，则(0’ + @)_陶瓷中的0’相的量越少。在1700° C以上，由于液相的形成并溶解0’相导致0’ -Sialon相含量减少，当冷却时,产生P -Sialon,因此富氧化招的(O’ + ￠)-复合材料中，0’ -Sialon在闻温下是不稳定的。S. ASADA 于 1993 年在 Journal of Materials Science 发表的论文中，以 Si3N4、Al2O3和SiO2S原料，Y2O3作为烧结助剂，采用热压烧结合成了 0’ -Sialon/^-Sialon复相陶瓷，研究发现，0’ -Sialon的形成温度在1550° C到1600° C之间，在1700° C以上3相生成。0’ -Sialon的机械性能随着P相的增加而提高，0’相对其贡献不大，当0’相形成所必需的SiO2全部被包括在晶界相时，o’-P -Sialon的三点弯曲强度为1400MPa。此夕卜，0’-P-Sialon的抗氧化能力由于0’相的存在有望改善，但是实际上由于晶界相和杂质的存在此性能不是很好。
发明内容
本发明涉及一种在较低温度下通过原位合成制备0’ /P-Sialon复相陶瓷的方法。首先，通过溶胶凝胶法合成Al2O3-Si复合粉,作为反应物引入原料；其次，加入适量SiO2及烧结助剂，从而通过原位合成法实现在较低温度下制备0’ / ^ -Sialon复相陶瓷的目的。本发明通过以下技术方案予以实现 一种采用溶胶凝胶法制备0’ / P -Sialon两相陶瓷的方法，步骤如下I)原料配比质量比为 Al2O3 (5-20%), SiO2 (5-27%)，Si (53-75%)为；原料 Al2O3溶胶浓度为5-30wt%，配料中Al2O3溶胶以Al2O3折算；然后外加原料总质量的0-50%去离子水，进行混合研磨；2)将混合研磨后的浆料，加热干燥后过筛，并在马弗炉中300-800°C煅烧l_3h，得到Al2O3-Si复合粉；3)将煅烧后的复合粉加入占复合粉质量分数5-15%的粘结剂造粒，用干压或等静压法将造粒粉料压制成试样；4)将试样放入马弗炉中排胶，排胶温度为600-800°C，保温时间l_2h ;排胶后的坯体，在氮气气氛下烧结，烧结温度1350-1550° C，保温时间为2-9h，制得0’ / P-Sialon复相陶瓷。所述的SiO2粉末是石英砂、熔石英粉、白炭黑或SiO2胶体粉末。所述的混合研磨方法是球磨、搅拌磨或振动磨中的一种。所述的粘结剂是浓度为3-10%的聚乙烯醇或浓度为3-10%聚乙烯醇缩丁醛溶液。所述的造粒是加压造粒或喷雾造粒。本发明的有益效果是，通过溶胶凝胶法合成Al2O3-Si复合粉，在较低的温度范围内制备了无其它杂相的0’ /P-Sialon两相陶瓷。并且随着原料配比和烧结温度的调整，0’ -Sialon和0-Sialon的比例可以得到控制。
图I为本发明实例I得到的0’ -Sialon复相陶瓷的X射线衍射图谱。图2为本发明实例2得到的0’ / @ -Sialon复相陶瓷的X射线衍射图谱。
具体实施例方式实施例I :(I)配料及混磨以质量浓度10%A1203溶胶、熔石英粉、金属Si粉为原料，按照质量比Al2O3溶胶熔石英粉金属Si粉=100份20份70份的比例配料；置于球磨罐中混磨48h。(2)干燥将混磨完的料浆倒出，在干燥箱中120°C下干燥并过80目筛；所得粉料在马弗炉中500° C煅烧2h，得到Al2O3-Si复合粉。
(3)造粒及成型步骤⑵煅烧后的复合粉加入占粉料质量分数10%的聚乙烯醇(PVA)溶液造粒，所用PVA质量浓度为5% ;造粒方法为加压造粒，预加压强为30MPa。用干压法压制成试样。(4)排胶及氮化烧结将试样放入马弗炉中排胶，排胶温度为700° C，保温时间2h。排胶后的坯体，在氮气炉中分别在1420° C和1480° C下烧结，保温时间为9h。所制得的烧结体的XRD分析如附图I所示，结果可见在该温度范围所合成的陶瓷仅包含0’ -Sialon和P-Sialon相，未见其它物相的衍射峰。对XRD谱图进行定量分析结果如表I所示。表I样品XRD的定量分析结果
权利要求
1.一种采用溶胶凝胶法制备o’ /0-Sialon两相陶瓷的方法，其特征是步骤如下 1)原料配比质量比为Al2O3 (5-20%), SiO2 (5-27%)，Si (53-75%)为；原料 Al2O3 溶胶浓度为5-30wt%，配料中Al2O3溶胶以Al2O3折算；然后外加原料总质量的0-50%去离子水，进行混合研磨； 2)将混合研磨后的浆料，加热干燥后过筛，并在马弗炉中300-800°C煅烧l_3h，得到Al2O3-Si复合粉； 3)将煅烧后的复合粉加入占复合粉质量分数5-15%的粘结剂造粒，用干压或等静压法将造粒粉料压制成试样； 4)将试样放入马弗炉中排胶，排胶温度为600-800°C，保温时间l_2h;排胶后的坯体，在氮气气氛下烧结，烧结温度1350-1550° C，保温时间为2-9h，制得0’/P-Sialon复相陶瓷。
2.如权利要求I所述的方法，其特征是所述的SiO2粉末是石英砂、熔石英粉、白炭黑或SiO2胶体粉末。
3.如权利要求I所述的方法，其特征是所述的混合研磨方法是球磨、搅拌磨或振动磨中的一种。
4.如权利要求I所述的方法，其特征是所述的粘结剂是浓度为3-10%的聚乙烯醇或浓度为3-10%聚乙烯醇缩丁醛溶液。
5.如权利要求I所述的方法，其特征是所述的造粒是加压造粒或喷雾造粒。
全文摘要
本发明涉及一种采用溶胶凝胶法制备O’/β-Sialon两相陶瓷的方法，在较低温度下通过原位合成制备O’/β-Sialon复相陶瓷。以此Al2O3溶胶为研磨介质，加入适量Si粉等原料，合成Al2O3-Si复合粉，通过原位合成法实现在较低温度下制备O’/β-Sialon复相陶瓷的目的。本发明的目的是提供一种在较低温度下制备O’/β-Sialon两相陶瓷的方法，从而实现这两种物相优异性能的有效结合。通过此种方法制备出的陶瓷可通过原料配比和烧结温度的调整，对O’-Sialon和β-Sialon两相比例进行调控。
文档编号C04B35/599GK102765942SQ20121025668
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者孙晓红, 季惠明, 张朝臣, 李晓雷, 邵跃 申请人:天津大学