本发明属于氮化硅陶瓷制备，公开了一种高耐磨的氮化硅陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术：
1、氮化硅陶瓷具有低密度、高硬度、耐高温、高强度、低热膨胀系数等优异的性能，是综合性能非常好的结构陶瓷，被广泛应用于高速轴承、航空航天、耐火材料等领域。而以高熵碳氮化物为基体所制备的陶瓷具有更优异的物理化学性能，包括更高的硬度、更高的抗氧化性和更良好的耐磨性，同时也是一种高性能结构陶瓷，在涂料、高温结构件、刀具等结构陶瓷领域具有很好的应用前景。在氮化硅陶瓷的原料粉体中引入高熵碳氮化物粉体，可以提高其硬度的同时，使其具有更高的耐磨性，使其更广泛的应用于陶瓷轴承球和切削超硬材料刀具。因此，为实现高耐磨氮化硅陶瓷材料的广泛应用，急需开发一种低成本制备高耐磨氮化硅陶瓷的方法，使其同时具有高的硬度和耐磨性。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高耐磨的氮化硅陶瓷的制备方法。该方法先自合成高熵碳氮化物粉体，然后将高熵碳氮化物粉体引入到α-si3n4粉体中，加入烧结助剂mgo和re2o3制得混合粉体，最后经放电等离子烧结，得到高耐磨的氮化硅陶瓷。
2、本发明的又一目的在于提供上述方法制得的高耐磨的氮化硅陶瓷。
3、本发明的再一目的在于提供上述高耐磨的氮化硅陶瓷的应用。
4、本发明的目的通过下述技术方案来实现：
5、一种高耐磨的氮化硅陶瓷的制备方法，包括如下具体步骤：
6、s1.将tio2、moo3、wo3、ta2o5和nb2o5和炭黑混合，加入溶剂和si3n4球磨介质进行辊式球磨，干燥后得到混合粉体a，将混合粉体a模压制成坯体，并置于无压炉中在1atm的氮气气氛下，升温至1600～1800℃进行热处理并保温，制得高熵碳氮化物(ti0.2ta0.2nb0.2mo0.2w0.2)(cnn1-n)，0.25≤n≤0.75；
7、s2.将上述高熵碳氮化物、α-si3n4、mgo和re2o3混合，加入溶剂和球磨介质si3n4进行辊式球磨，经干燥和过筛后，得到混合粉体b，
8、s3.在氮气气氛下，轴向加压为10～50mpa，炉内气压为20～30mbar，将混合粉体b升温至1600～1700℃经放电等离子烧结并保温，制得高耐磨的氮化硅陶瓷。
9、优选地，步骤s1中所述tio2、moo3、wo3、ta2o5和nb2o5的粒径均为1～2μm，炭黑的粒径为100～300nm，纯度均为99％以上。
10、优选地，步骤s1中所述溶剂为无水乙醇或丙酮；所述球磨介质、溶剂和混合粉体a的质量比为(7～10):1:1，所述辊式球磨的时间为12～24h；
11、所述的tio2、moo3、wo3、ta2o5、nb2o5和炭黑的质量比为(7.91～8.15):(14.24～14.68):(22.94～23.64):(21.86～22.53):(13.14～13.55)::(19.91～17.45)。
12、优选地，步骤s1中所述升温的速率为5～20℃/min，所述保温的时间为1～2h，所述高熵碳氮化物的平均粒径为400～600nm。
13、优选地，步骤s2中所述α-si3n4的粒径为300～500nm，re2o3中re为dy、yb、ce、ho、pr或lu，mgo粒径为50～150nm，re2o3粒径为3～6μm，纯度均为99％以上。
14、优选地，步骤s2中所述的高熵碳氮化物、α-si3n4、mgo和re2o3的体积比为(5～7):(84～90):(3～5):(2～4)，以si3n4球为球磨介质，溶剂为无水乙醇或丙酮；si3n4球磨介质、溶剂和粉体的质量比为(2～4):1:1，所述辊式球磨的时间为12～24h。
15、优选地，步骤s3中所述升温的速率为80～150℃/min，保温的时间为10～15min。
16、一种高耐磨的氮化硅陶瓷，所述氮化硅陶瓷是由所述的方法制备得到。
17、优选地，所述氮化硅陶瓷的摩擦系数为0.3～0.4，磨损率为(2.3～3.1)×10-6mm3/n·m。
18、所述的高耐磨的氮化硅陶瓷在陶瓷轴承球或切削超硬刀具中的应用。
19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20、1.本发明在α-si3n4粉体中加入高熵碳氮化物(ti0.2ta0.2nb0.2mo0.2w0.2)(cnn1-n)，0.25≤n≤0.75制得高耐磨的氮化硅陶瓷，该陶瓷同时具备氮化硅基陶瓷较高韧性(断裂韧性为8～9mpa·m1/2)和高熵碳氮化物陶瓷较高硬度(维氏硬度为22～25gpa)的优点。
21、2.本发明制备的高耐磨的氮化硅陶瓷具有极高的摩擦磨损性能(摩擦系数为0.3～0.4，磨损率为2.3×10-6～3.1×10-6mm3/n·m)。
1.一种高耐磨的氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的高耐磨的氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述tio2、moo3、wo3、ta2o5和nb2o5的粒径均为1～2μm，炭黑的粒径为100～300nm，纯度均为99％以上。
3.根据权利要求1所述的高耐磨的氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述的tio2、moo3、wo3、ta2o5、nb2o5和炭黑的质量比为(7.91～8.15):(14.24～14.68):(22.94～23.64):(21.86～22.53):(13.14～13.55)::(19.91～17.45)，所述溶剂为无水乙醇或丙酮；所述球磨介质、溶剂和混合粉体a的质量比为(7～10):1:1，所述辊式球磨的时间为12～24h。
4.根据权利要求1所述的高耐磨的氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述升温的速率为5～20℃/min，所述保温的时间为1～2h，所述高熵碳氮化物的平均粒径为400～600nm。
5.根据权利要求1所述的高耐磨的氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述α-si3n4的粒径为300～500nm，re2o3中re为dy、yb、ce、ho、pr或lu，mgo粒径为50～150nm，re2o3粒径为3～6μm，纯度均为99％以上。
6.根据权利要求1所述的高耐磨的氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述的高熵碳氮化物、α-si3n4、mgo和re2o3的体积比为(5～7):(84～90):(3～5):(2～4)，以si3n4球为球磨介质，溶剂为无水乙醇或丙酮；si3n4球磨介质、溶剂和粉体的质量比为(2～4):1:1，所述辊式球磨的时间为12～24h。
7.根据权利要求1所述的高耐磨的氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述升温的速率为80～150℃/min，保温的时间为10～15min。
8.一种高耐磨的氮化硅陶瓷，其特征在于，所述氮化硅陶瓷是由权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。
9.根据权利要求1所述的高耐磨的氮化硅陶瓷，其特征在于，所述氮化硅陶瓷的摩擦系数为0.3～0.4，磨损率为(2.3～3.1)×10-6mm3/n·m。
10.权利要求8或9所述的高耐磨的氮化硅陶瓷在陶瓷轴承球或切削超硬刀具中的应用。