一種氮化硅陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及陶瓷材料領(lǐng)域，具體是一種氮化娃陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮化娃陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高剛度、比重輕、耐磨損、耐腐蝕、耐冷熱沖擊、自潤(rùn) 滑免維護(hù)和電絕緣等優(yōu)異的性能，是目前生產(chǎn)各類精密陶瓷軸承的首選材料。氮化娃陶瓷 球還可W作為閥球、測(cè)量球、研磨球在航空、航天、機(jī)械、化工等領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用。
[0003] 近年來(lái)，氮化娃陶瓷刀具由于其較高的硬度，強(qiáng)度，斷裂初性，較小的膨脹系數(shù)，耐 高溫W及自然界取之不盡的娃、氮等元素，在現(xiàn)代化加工領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。但是，隨著 現(xiàn)代化加工技術(shù)要求的不斷提高，對(duì)相應(yīng)材料性能的要求也水漲船高，對(duì)材料由于其性能 的差別分工也越加細(xì)化，根據(jù)加工產(chǎn)品的性能不同使用之相匹配的的陶瓷刀具材料，既可 W提高加工效率，又可W節(jié)省材料的損耗。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)對(duì)鑄鐵及合金的加工做了一個(gè)整體的研究，而隨著科技的進(jìn)步，對(duì)加工 的要求也日益增高，根據(jù)加工材料的不同使用不同的切削刀具，可W最大限度地使用刀具， 減少損耗，降低成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種強(qiáng)度高、耐磨性好、導(dǎo)熱性好的氮化娃陶瓷材料及其 制備方法和應(yīng)用，W解決上述【背景技術(shù)】中提出的問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種氮化娃陶瓷材料，由W下按照重量份的原料組成:a-Si3N4:70-80份、0-Si3N4: 3-5份、去離子水:50-60份、添加劑粉體:10-20份、分散劑:6-10份、稀±金屬氧化物助劑:5-7份、蛇紋石尾礦：3-5份;所述稀±金屬氧化物助劑由W下按照重量份的原料組成:Y203: 1.5-2 份、La203:1.5-2份、佩203:2-3份。
[000引作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述氮化娃陶瓷材料，由W下按照重量份的原料組成： a-Si3N4:72-78份、0-Si3N4:3.5-4.5份、去離子水：52-58份、添加劑粉體：12-18份、分散劑： 7-9份、稀±金屬氧化物助劑:5.4-6.6份、蛇紋石尾礦：3.5-4.5份;所述稀±金屬氧化物助 劑由W下按照重量份的原料組成:Y203:1.6-1.9份、La203:1.6-1.9份、佩203:2.2-2.8份。
[0009] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述氮化娃陶瓷材料，由W下按照重量份的原料組成： a-Si3N4:75份、0-Si3N4:4份、去離子水:55份、添加劑粉體：15份、分散劑:8份、稀±金屬氧化 物助劑:6份、蛇紋石尾礦:4份;所述稀±金屬氧化物助劑由W下按照重量份的原料組成： Y203 :1.8份、La2〇3:1.8份、抓2〇3:2.4份。
[0010] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述添加劑粉體為碳化鐵、碳化鶴、碳化饑、碳化錯(cuò)、棚 化鐵或棚化錯(cuò)粉體中的一種或兩種W上。
[0011] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述分散劑包括聚丙締酸和聚乙二醇。
[0012] 所述氮化娃陶瓷材料的制備方法，由W下步驟組成：
[0013] (I)按照重量份稱取各原料；
[0014] (2)首先將分散劑聚丙締酸和聚乙二醇加入去離子水中，使聚丙締酸的質(zhì)量濃度 為0.8-1%，聚乙二醇的質(zhì)量濃度為1-1.2%，然后進(jìn)行攬拌制成分散劑溶液，并調(diào)整分散劑 溶液的抑值為9-11;
[001引（3)將a-Si3N4、e-Si3N4、添加劑粉體、稀±金屬氧化物助劑、蛇紋石尾礦和調(diào)整pH 值后的分散劑溶液混合，其中固相的體積百分比為30-40%，然后采用攬拌磨或邸式球磨進(jìn) 行球磨制得料漿；
[0016] (4)將料漿采用閉式循環(huán)噴霧造粒機(jī)干燥或直接烘干干燥后進(jìn)行人工造粒，人工 造粒的顆粒粒徑為100-120皿，再經(jīng)冷等靜壓成型，所述冷等靜壓成型壓力為80-lOOMPa;
[0017] (5)進(jìn)行氣氛壓力燒結(jié)，所述氣氛壓力燒結(jié)是在6-8MPa的氮?dú)饣驓鈿鈮毫ο逻M(jìn)行 的，氣氛壓力燒結(jié)的溫度為1750-1850°C，氣氛壓力燒結(jié)時(shí)間為2-化；
[0018] (6)再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)得到成品材料，熱等靜壓燒結(jié)是在180-200MPa的氮?dú)饣?氣氣壓力下進(jìn)行的，熱等靜壓燒結(jié)溫度為1600-1700°C，熱等靜壓燒結(jié)時(shí)間為1-化。
[0019] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述步驟(3)中料漿的平均粒度為0.6-0.祉m。
[0020] 作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述氮化娃陶瓷材料在制備陶瓷刀具中的應(yīng)用。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0022] 本發(fā)明具有較高的力學(xué)性能，分散劑解決了混料過(guò)程中氮化娃粉體尤其是納米尺 寸的添加劑的容易團(tuán)聚的問(wèn)題，制備出納米顆粒均勻分布的氮化娃基混合料，強(qiáng)度高、耐磨 性好、導(dǎo)熱性好。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的 實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例中，一種氮化娃陶瓷材料，由W下按照重量份的原料組成:a-Si3N4: 70份、0-Si3N4:3份、去離子水:50份、碳化鐵粉體：10份、包括聚丙締酸:3份、聚乙二醇：3份、 稀±金屬氧化物助劑:5份、蛇紋石尾礦:3份;所述稀±金屬氧化物助劑由W下按照重量份 的原料組成:Y203 :1.5份、La2〇3:1.5份、抓2〇3:2份。
[00%]所述氮化娃陶瓷材料的制備方法，由W下步驟組成：
[0027] (1)按照重量份稱取各原料；
[0028] (2)首先將分散劑聚丙締酸和聚乙二醇加入去離子水中，使聚丙締酸的質(zhì)量濃度 為0.8%，聚乙二醇的質(zhì)量濃度為1 %，然后進(jìn)行攬拌制成分散劑溶液，并調(diào)整分散劑溶液的 抑值為9;
[0029] (3)將a-Si3N4、e-Si3N4、碳化鐵、稀±金屬氧化物助劑、蛇紋石尾礦和調(diào)整pH值后 的分散劑溶液混合，其中固相的體積百分比為30%，然后采用攬拌磨進(jìn)行球磨制得料漿，料 漿的平均粒度為0.6皿；
[0030] (4)將料漿采用閉式循環(huán)噴霧造粒機(jī)干燥后進(jìn)行人工造粒，人工造粒的顆粒粒徑 為100皿，再經(jīng)冷等靜壓成型，所述冷等靜壓成型壓力為SOMPa;
[0031] (5)進(jìn)行氣氛壓力燒結(jié)，所述氣氛壓力燒結(jié)是在6MPa的氮?dú)鈮毫ο逻M(jìn)行的，氣氛壓 力燒結(jié)的溫度為1750 °C，氣氛壓力燒結(jié)時(shí)間為化；
[0032] (6)再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)得到成品材料，熱等靜壓燒結(jié)是在180M化的氮?dú)鈮毫ο?進(jìn)行的，熱等靜壓燒結(jié)溫度為160(TC，熱等靜壓燒結(jié)時(shí)間為化。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例中，一種氮化娃陶瓷材料，由W下按照重量份的原料組成:a-Si3N4: 75份、0-Si3N4:4份、去離子水:55份、碳化鶴粉體：15份、聚丙締酸:4份、聚乙二醇:4份、稀± 金屬氧化物助劑:6份、蛇紋石尾礦:4份;所述稀±金屬氧化物助劑由W下按照重量份的原 料組成:Y203 :1.8份、La2〇3:1.8份、抓2〇3:2.4份。
[0035] 所述氮化娃陶瓷材料的制備方法，由W下步驟組成：
[0036] (1)按照重量份稱取各原料；
[0037] (2)首先將分散劑聚丙締酸和聚乙二醇加入去離子水中，使聚丙締酸的質(zhì)量濃度 為0.9%，聚乙二醇的質(zhì)量濃度為1.1%，然后進(jìn)行攬拌制成分散劑溶液，并調(diào)整分散劑溶液 的抑值為10;
[003引（3)將a-Si3N4、e-Si3N4、添加劑粉體、稀±金屬氧化物助劑、蛇紋石尾礦和調(diào)整pH 值后的分散劑溶液混合，其中固相的體積百分比為35%，然后采用邸式球磨進(jìn)行球磨制得 料漿，料漿的平均粒度為0.7皿；
[0039] (4)將料漿采用直接烘干干燥后進(jìn)行人工造粒，人工造粒的顆粒粒徑為llOwn，再 經(jīng)冷等靜壓成型，所述冷等靜壓成型壓力為90MPa;
[0040] (5)進(jìn)行氣氛壓力燒結(jié)，所述氣氛壓力燒結(jié)是在7MPa的氣氣壓力下進(jìn)行的，氣氛壓 力燒結(jié)的溫度為1800°C，氣氛壓力燒結(jié)時(shí)間為2.化；
[0041] (6)再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)得到成品材料，熱等靜壓燒結(jié)是在190M化的氣氣壓力下 進(jìn)行的，熱等靜壓燒結(jié)溫度為165(TC，熱等靜