專利名稱：氮化硅陶瓷及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制備Si3N4陶瓷的淤漿狀硅基組合物，它含有水作為分散介質(zhì)。而且，本發(fā)明涉及從上述淤漿狀硅基組合物制備的高強(qiáng)度致密Si3N4陶瓷以及它們的制備工藝。
當(dāng)以硅粉末為起始原料制備陶瓷時(shí)，一直使用乙醇作為分散介質(zhì)以確保硅粉末在混合/成型步驟中有效地分散，如在Mat.Res.Soc.Symp.Proc.vol.60.pp51-61(1986)中所述。然而從工業(yè)角度看，使用乙醇的工藝必須裝備昂貴的防爆設(shè)施，成為增加生產(chǎn)成本的一個(gè)原因。
另一方面，日本專利公開Nos.261662/1991和212279/1989提出了利用不需防爆設(shè)施的水作為分散介質(zhì)的工藝。這些工藝通過(guò)在水中分散Si粉末，添加一種有機(jī)粘結(jié)劑，一種氮化劑等從而形成淤漿，將淤漿脫水、成型并加熱以燒結(jié)成型體而制備Si3N4燒結(jié)體。
然而日本專利公開Nos 261662/1991和212279/1989中所描述的上述工藝中沒有添加為最終燒結(jié)體的致密所需的燒結(jié)助劑。因此例如在日本專利公開No.261662/1991中清楚顯示的那樣所得的Si3N4燒結(jié)體不得不具有分散于其內(nèi)的許多微孔。結(jié)果，預(yù)計(jì)Si3N4燒結(jié)體的彎曲強(qiáng)度很低。實(shí)際上，彎曲強(qiáng)度只能達(dá)到600Mpa或以下的低值。
上述傳統(tǒng)工藝中沒有向水基淤漿添加燒結(jié)助劑的原因在于，與在乙醇中的分散不同，硅粉末和燒結(jié)助劑在水中的分散很差，從而造成最終的樣品內(nèi)具有不均勻的密度。
鑒于至今的上述情況，本發(fā)明的目的是提供用于制備Si3N4陶瓷的淤漿狀硅基組合物，它使用水作為分散介質(zhì)并通過(guò)改善粉末在水中的分散從而含有燒結(jié)助劑，本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供從上述硅基組合物制備的低廉的高強(qiáng)度致密Si3N4陶瓷。
為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的淤漿狀硅基組合物包括表面氧化膜厚度范圍為從1.5到15nm的硅粉末、50到90％重量的水，0.2到7.5％重量的以氧化物表示的燒結(jié)助劑和0.05到3％重量的分散劑。硅基組合物的PH值被調(diào)節(jié)在8-12內(nèi)。
該淤漿狀硅基組合物的制備工藝包括，在空氣中于200到800℃對(duì)硅粉末進(jìn)行氧化處理，向硅粉末添加50到90％重量的水，0.2到7.5％重量的以氧化物表示的燒結(jié)助劑和0.05到3％重量的分散劑，調(diào)節(jié)PH值使最終混合物的PH值為8到12。
進(jìn)而，使用上述淤漿狀硅基組合物不僅能不需安裝防爆設(shè)計(jì)設(shè)施就以較低成本制備Si3N4陶瓷，而且使所得的Si3N4陶瓷致密、均勻和高強(qiáng)。具體地說(shuō)，能得到相對(duì)密度至少為96％、彎曲強(qiáng)度至少為800MPa的Si3N4陶瓷。


圖1是利用EPMA觀察到的本發(fā)明的Si3N4陶瓷組織的狀態(tài)圖，其中點(diǎn)表示作為燒結(jié)助劑的Y和Sm。
圖2是用EPMA觀察的從未經(jīng)氧化處理的商業(yè)Si粉末的淤漿制備的Si3N4陶瓷組織的狀態(tài)圖，其中點(diǎn)也表示作為燒結(jié)助劑的Y和Sm。
圖3是用EPMA觀察的從利用乙醇的原有技術(shù)的淤漿制備的Si3N4陶瓷組織的狀態(tài)圖，其中點(diǎn)也表示作為燒結(jié)助劑的Y和Sm。
本發(fā)明中，通過(guò)處理硅粉末的表面、調(diào)整作為分散介質(zhì)的水的含量，調(diào)節(jié)淤漿的PH值并添加分散劑，優(yōu)選地添加有機(jī)粘結(jié)劑而改善硅粉末和燒結(jié)助劑在水中的分散，從而能進(jìn)行水混合步驟和成型步驟。相應(yīng)地，可以不需要裝防爆設(shè)施就能處理本發(fā)明的淤漿狀硅基組合物，從而能提供廉價(jià)的Si3N4陶瓷。
通過(guò)在空氣中于200到800℃對(duì)商業(yè)得到的Si粉末進(jìn)行氧化處理，從而在Si粉末表面形成厚度尺寸為1.5到15nm大小的氧化膜，得到本發(fā)明中所用的Si粉末。雖然商業(yè)Si粉末表面上氧化膜的厚度一般在0.3到1.0nm的范圍，但對(duì)它在空氣中于200到800℃進(jìn)行氧化處理便能調(diào)整氧化膜的厚度以使其范圍為從1.5到15nm。氧化膜的上述厚度值是根據(jù)粉末的氧含量和比表面積的測(cè)量結(jié)果估計(jì)的。
這種氧化處理增強(qiáng)了Si粉末的分散性。雖然還不能說(shuō)明分散性增強(qiáng)的原因，但據(jù)推測(cè)如下述。商業(yè)上通常得到的硅粉末的表面組成為SiO，具有高含量的低水潤(rùn)溫性硅。前述氧化處理增加了也是水的一種組分的氧的含量，從而把SiO轉(zhuǎn)化為SiO2。結(jié)果，增強(qiáng)了硅粉末的水潤(rùn)濕性，從而使每一Si粉末團(tuán)聚體散開成為單獨(dú)的顆粒，結(jié)果增強(qiáng)了硅粉末的分散性。進(jìn)一步地，分散性增強(qiáng)的部分原因是，即使在混合時(shí)由于粉末的互相接觸而部分剝掉表面氧化膜，但由于氧化膜的厚度如此大，因而在硅粉末表面很少暴露出低水潤(rùn)濕性的硅。
當(dāng)在硅粉末的氧化處理中處理溫度低于200℃時(shí)，就不能進(jìn)行令人滿意的表面氧化處理，從而粉末粒子互相團(tuán)聚造成不能與下一步添加的燒結(jié)助劑均勻混合。因而燒結(jié)后燒結(jié)體的密度分布不良，所得的Si3N4陶瓷無(wú)一例外地強(qiáng)度很低。另一方面，當(dāng)在溫度高于800℃下進(jìn)行氧化處理時(shí)，在硅粉末表面形成的SiO2占有很高的比例，從而大量的SiO2在陶瓷的晶界相內(nèi)以雜質(zhì)形式存在。因而所得的Si3N4陶瓷也無(wú)一例外地具有低強(qiáng)度。
最好是硅粉末的平均粒徑在從0.1到10μm的范圍內(nèi)。其原因在于當(dāng)粉末的平均粒徑小于0.1μm時(shí)體積密度太高很難處理粉末，另一方面，當(dāng)粉末的平均粒徑超過(guò)10μm時(shí)，由于產(chǎn)生了團(tuán)聚和沉淀，很難使粉末形成均勻的淤漿。
雖然本發(fā)明中所用的燒結(jié)助劑可以是在燒結(jié)Si3N4中通常采用的那些燒結(jié)助劑的任一種，但最好使用選自周期表的IIa族元素、IIIa族元素和稀土元素的化合物中的至少一種，更優(yōu)選使用Ca，Sr，Mg，Al，Y，La，Sm，Nd和Yb的化合物的至少一種。確切地說(shuō)，尤其最優(yōu)選使用選自能以相對(duì)低價(jià)格得到的Ca，Mg，Al，Y，La和Sm的氧化物，氮化物和氧氮化物以及它們的復(fù)合化合物中的至少一種。可以添加上述化合物的至少一種的粉末作為燒結(jié)助劑?；蛘?，可以使用通過(guò)加熱在不超過(guò)1500℃下能轉(zhuǎn)化為上述氧化物、氮化物和氧氮化物的前驅(qū)體，例如，月桂酸鈣和硬脂酸釔。
添加的燒結(jié)助劑的數(shù)量以氧化物表示為0.2到7.5％基于淤漿組合物的整體的重量(0.5到17％基于硅粉末的重量的氧化物)。當(dāng)燒結(jié)助劑的數(shù)量小于0.2％基于組合物整體的重量時(shí)，就不能達(dá)到燒結(jié)助劑的作用，且所得燒結(jié)體中具有許多氣孔，相對(duì)密度低于96％，結(jié)果只能獲得低的強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)它超過(guò)7.5％的重量時(shí)，就在燒結(jié)體內(nèi)不利地增大了低強(qiáng)度的晶界相的比例，從而造成所得Si3N4陶瓷的強(qiáng)度低。
尤其優(yōu)選的分散劑是那些多羧酸銨。所添加的分散劑的數(shù)量為0.05到3％的(0.5到5％基于硅粉末的重量)，優(yōu)選地0.05到2.5％的基于淤漿組合物整體的重量。分散劑的加入改善了粉末的分散，減少了粉末的團(tuán)聚，因此在成型時(shí)成型體內(nèi)的密度分布好。因而，所得的成型體具有高的相對(duì)密度和確保了優(yōu)異的可操作性。當(dāng)分散劑的數(shù)量小于0.05％的重量時(shí)，就不能達(dá)到分散劑的作用。當(dāng)分散劑的數(shù)量超過(guò)2.5％的重量時(shí)，雖然成型體沒有密度上的變化，但添加量大于3％的重量不利地造成分散劑以雜質(zhì)形式保留在經(jīng)加熱得到的燒結(jié)體內(nèi)，從而降低了燒結(jié)體的強(qiáng)度。
顯著改善了粉末分散的極均勻的淤漿狀硅基組合物可這樣獲得，即把上述硅粉末、燒結(jié)助劑、分散劑和水混合在一起，調(diào)節(jié)淤漿中水的比例為50到90％的重量，用堿性溶液例如氨水調(diào)整淤漿的PH值到8-12。
當(dāng)在上面的調(diào)整中水的比例低于50％的重量時(shí)，淤漿的粘度增大到硅粉末和燒結(jié)助劑粉末不能互相均勻混合的程度。另一方面，當(dāng)水的比例超過(guò)90％的重量時(shí)，在從淤漿制備成型體的步驟中只能得到低密度的成型體，從而惡化了成型體的可操作性。另外，當(dāng)淤漿的PH值小于8或大于12時(shí)將產(chǎn)生粉末團(tuán)聚。
從這樣所得的淤漿狀硅基組合物制備Si3N4陶瓷的工藝包括，通過(guò)例如球磨令人滿意地混合淤漿、成型、在氮?dú)鈿夥障录訜岢尚腕w以便燒結(jié)成型體。
當(dāng)事先向淤漿中添加并混和有機(jī)粘結(jié)劑例如丙烯酸類粘結(jié)劑時(shí)，可在壓力去除淤漿的水的同時(shí)進(jìn)行成型。有機(jī)粘結(jié)劑添加的數(shù)量與分散劑的相同，即從0.05到3％的重量，優(yōu)選地，從0.05到2.5％的重量。其理由與分散劑的相同。另一方面，當(dāng)在淤漿中沒有添加有機(jī)粘結(jié)劑時(shí)，利用例如冷凍干燥器或噴霧干燥器干燥淤漿，把有機(jī)粘結(jié)劑噴灑在所得的干燥粉末上，進(jìn)行干壓成型。
把有機(jī)粘結(jié)劑從通過(guò)上述工藝得到的成型體中去除掉，加熱所得的成型體從而對(duì)它燒結(jié)，因而得到的Si3N4陶瓷，所得Si3N4陶瓷的EPMA(電子探針顯微分析)觀察表明，如圖1所示其組織中燒結(jié)助劑(圖中的點(diǎn))均勻地分散。
作為參照，圖2表示從未經(jīng)氧化處理的商業(yè)用Si粉末制備的Si3N4陶瓷的組織，圖3是通過(guò)使用乙醇的傳統(tǒng)工藝得到的Si3N4陶瓷的組織。通過(guò)對(duì)比燒結(jié)助劑的分散發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)助劑在根據(jù)本發(fā)明的圖1中的分散與在根據(jù)使用乙醇的原有技術(shù)的圖3中的分散有相同的均勻度，即在圖2中燒結(jié)助劑顆?；ハ鄨F(tuán)聚，顯示了使用商業(yè)用硅粉末所呈現(xiàn)的分散。
如上所述，這樣得到的本發(fā)明的Si3N4陶瓷均勻并致密以便具有至少96％的相對(duì)密度。進(jìn)而。根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)R-1601進(jìn)行的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)表明Si3N4陶瓷的強(qiáng)度高到至少800MPa。由于通過(guò)如在上述日本專利公開No.261662/1991中所述的傳統(tǒng)水混合工藝得到的陶瓷的最高彎曲強(qiáng)度只有大約600MPa，可見該彎曲強(qiáng)度是很高的。
另外，在本發(fā)明的工藝中分散介質(zhì)是水，沒有使用乙醇。因此，本發(fā)明的工藝能使用不需防爆設(shè)施的廉價(jià)生產(chǎn)線，從而提供了高質(zhì)量的廉價(jià)Si3N4陶瓷制品。
實(shí)施例1在表1中標(biāo)明的每個(gè)溫度下；在空氣中對(duì)平均粒徑為2.8μm的商業(yè)Si粉末進(jìn)行氧化處理5小時(shí)。表1中也給出了在每一所得Si粉末樣品的表面上形成的氧化膜的厚度。在每一硅粉中添加水、作為燒結(jié)助劑的Y2O3粉末和Sm2O3粉末以及多羧酸銨分散劑，使它們各自的數(shù)量分別為基于最終淤漿的整體的70％的重量、2％的重量、3％的重量和0.5％的重量。
然后用氨水把以上每一混合物的PH值調(diào)節(jié)到8.5，通過(guò)球磨把各混合物混合48小時(shí)，從而制成淤漿。對(duì)于試料2，向淤漿中添加數(shù)量為0.5％重量的丙烯酸類有機(jī)粘結(jié)劑，在壓力去除淤漿的水分的同時(shí)制備成型體。對(duì)于其它試料，在以上述方式得到的每一淤漿通過(guò)噴霧干燥器進(jìn)行干燥的同時(shí)噴丙烯酸類有機(jī)粘結(jié)劑以便實(shí)施造粒，得到成型體。
然后，在N2氣氛中對(duì)上述每一成型體于800℃下加熱以便去除有機(jī)粘結(jié)劑，再在N2氣氛中把溫度升到1800℃，在該溫度下連續(xù)加熱4小時(shí)從而得到每一Si3N4燒結(jié)體。對(duì)于每一Si3N4燒結(jié)體內(nèi)存在的燒結(jié)助劑的元素，Y為4.4％的重量，Sm為6.7％的重量。
利用Archimedes法測(cè)量所得的每一Si3N4燒結(jié)體的相對(duì)密度和以如上述相同的方式所得的每一成型體的相對(duì)密度。進(jìn)而，遵照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)R-1601通過(guò)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)量每一燒結(jié)體的彎曲強(qiáng)度。所得的結(jié)果一并列在表1中。
表1試料 氧化處理氧化膜厚度 相對(duì)密度(％) 彎曲強(qiáng)度(℃×小時(shí)) (nm) 成型體 燒結(jié)體 (MPa)1200×51.5 53 96 9602600×55.3 56 98 9603800×514.6 53 96 8204*未處理0.5 50 92 4305*900×515.5 53 95 480(注意)表中星號(hào)的試料是比較例。
從上述結(jié)果明顯看出，對(duì)于本發(fā)明的每一試料，硅粉末在200到800℃的處理能把粉末表面的氧化膜厚度調(diào)整到1.5-15nm，以使成型體和燒結(jié)體均勻且有所希望的相對(duì)密度以及得到彎曲強(qiáng)度至少為800MPa的Si3N4燒結(jié)體。
相反，對(duì)于從未經(jīng)氧化處理的Si粉末制得的試料4；粉末顆?；ハ鄨F(tuán)聚從而不能得到均勻的成型體并且其相對(duì)密度低至50％。雖然燒結(jié)是同樣的條件下進(jìn)行，但所得繞結(jié)體的相對(duì)密度和彎曲強(qiáng)度值都低。進(jìn)而，對(duì)于用經(jīng)900℃氧化處理的硅粉末的試料5來(lái)說(shuō)，在燒結(jié)體的晶界處存在大量起源于氧化膜的氧化物，從而其彎曲強(qiáng)度很差。
實(shí)施例2
以與實(shí)施例1中相同的方式制備Si3N4燒結(jié)體，但淤漿中作為分散介質(zhì)的水的比例被改變成下面表2中標(biāo)明的值。使用的硅粉末與實(shí)施例1中的試料2相同，它是通過(guò)把商業(yè)Si粉末在空氣中于600℃下氧化處理5小時(shí)而得到的，其氧化膜的厚度為5.3nm。
所用的燒結(jié)助劑的類型和數(shù)量與在實(shí)施例1中的相同。因而，對(duì)于在所得的每一Si3N4燒結(jié)體中存在的燒結(jié)助劑元素來(lái)說(shuō)，Y為4.4％的重量，Sm為6.7％的重量。進(jìn)而，淤漿的PH值及所用的分散劑也與實(shí)施例1中相同。對(duì)于試料8，向淤漿中加入0.5％重量的有機(jī)粘結(jié)劑，對(duì)于其它試料，有機(jī)粘結(jié)劑被噴灑在干粉末上，進(jìn)行成型。
以與實(shí)施例1中相同的方式測(cè)量所得的每一Si3N4燒結(jié)體的相對(duì)密度和彎曲強(qiáng)度，并在表2中與用同樣方式測(cè)量的每一成型體的相對(duì)密度一同給出。
表2試料 加水量 相對(duì)密度(％) 彎曲強(qiáng)度(wt％) 成型體 燒結(jié)體6 50 53 96 8507 80 54 97 9508 90 56 98 9809*45 49 87 35010*95 48 87 380(注意)表中帶星號(hào)的試料為比較例。
從上述結(jié)果明顯看出，把淤漿中水的比例調(diào)整到50-90％的重量能使成型體具有所希望的密度，它的燒結(jié)能制備出彎曲強(qiáng)度至少為800Mpa的燒結(jié)體。
實(shí)施例3以與實(shí)施例1中相同的方式制備Si3N4燒結(jié)體，但燒結(jié)助劑的種類和數(shù)量被改變?yōu)橄旅姹?中所標(biāo)明的那樣。使用的硅粉末與實(shí)施例1中的試料2相同，它是通過(guò)把商業(yè)Si粉末在空氣中于600℃下氧化處理5小時(shí)而得到的，其氧化膜的厚度為5.3nm。
添加的燒結(jié)助劑的形式為，在試料Nos 11-13，18，19和21中為氧化物，在試料14中為氮化物，在試料15和20中為氧氮化物，在試為產(chǎn)16中為月桂酸鹽，在試料17中為硬脂酸鹽。所添加的燒結(jié)助劑的數(shù)量無(wú)一例外地以氧化物的形式表示。水的比例，淤漿的PH值和分散劑與實(shí)施例1中相同。對(duì)于試樣16到19，向淤漿中添加0.5％重量的有機(jī)粘結(jié)劑；對(duì)于其它試料，有機(jī)粘結(jié)劑被噴灑在干粉末上，進(jìn)行成型。
以與實(shí)施例1中相同的方式不但測(cè)量所得的每一Si3N4燒結(jié)體的相對(duì)密度和彎曲強(qiáng)度，而且測(cè)量每一成型體的相對(duì)密度及每一燒結(jié)體內(nèi)燒結(jié)助劑元素的含量，其結(jié)果列在表3中。
表3試料燒結(jié)助劑燒結(jié)體內(nèi)的燒結(jié)助 相對(duì)密度(％)彎曲強(qiáng)度(wt％)劑元素(wt％)成型體 燒結(jié)體11Sm(0.15)Ca(0.1) Sm(0.33)Ca(0.22)54 96 82012Sm(0.3)Y(0.2) Sm(0.67)Y(0.44) 54 96 88013Sm(0.5)La(0.5)Sm(1.1)La(1.1) 53 96 92014Sm(1.5)Nd(1.5)Sm(3.3)Nd(3.3) 54 97 84015Sm(2.0)Yb(2.0)Sm(4.4)Yb(4.4) 54 97 108016Yb(4.0)Al(2.0)Yb(8.9)Al(4.4) 57 98 98017la(5.0)Sr(2.0)La(11.1)Sr(4.4) 57 98 102018Sm(5.0)Mg(2.0)Sm(11.1)Mg(4.4) 56 98 125019Sm(5.0)Mg(2.3)Sm(11.1)Ma(5.8) 55 97 120020*Sm(0.1)Ca(0.05) Sm(0.2)Ca(0.1) 53 92 41021*Sm(5.0)Y(3.0) Sm(11.1)Y(6.7) 54 94 520(注意)表中帶星號(hào)的試料為比較例從上述結(jié)果明顯看出，添加IIa族、IIIa族和/或稀土元素為燒結(jié)助劑，數(shù)量以氧化物來(lái)表示在0.2到7.5％的重量，能使所得的Si3N4燒結(jié)體具有至少96％的相對(duì)密度和至少800Mpa的彎曲強(qiáng)度。
實(shí)施例4以與實(shí)施例1中相同的方式制備Si3N4燒結(jié)體，但如下面表4中所標(biāo)明的那樣改變淤漿的PH值。使用的硅粉末與實(shí)施例1中的試料2相同，它是通過(guò)把商業(yè)Si粉末在空氣中于600℃下氧化處理5小時(shí)而得到的，其氧化膜的厚度為5.3nm。
所使用的燒結(jié)助劑如實(shí)施例1中包含有2％重量的Y2O3和3％重量的Sm2O3，因而，對(duì)于所得的每一燒結(jié)體內(nèi)的燒結(jié)助劑元素的含量來(lái)說(shuō)，Y為4.4％的重量，Sm為6.7％的重量。水的比例和分散劑也與實(shí)施例1中相同。進(jìn)而，有機(jī)粘結(jié)劑的添加是毫無(wú)例外地通過(guò)在干粉上噴灑相同的有機(jī)粘結(jié)劑。
用與實(shí)施例1中相同的方式測(cè)量所得的每一Si3N4燒結(jié)體的相對(duì)密度和彎曲強(qiáng)度，并在表4中與用同樣方式測(cè)量的每一成型體的相對(duì)密度一同給出。
表4相對(duì)密度(％) 彎曲強(qiáng)度試料 PH值 成型體 燒結(jié)體 (MPa)22 8 53 9682023 10 53 9685024 12 53 9682525*7.5 48 9239026*13 49 91410(注意)表中帶星號(hào)的試料為比較例以上述結(jié)果明顯看出，把淤漿的PH值保持在8到12能使成型體具有所希望的密度，燒結(jié)該成型體可得到彎曲強(qiáng)度至少為800MPa的致密Si3N4燒結(jié)體。
實(shí)施例5以與實(shí)施例1中相同的方式制備Si3N4燒結(jié)體，但如下面表5中所標(biāo)明的那樣改變分散劑和有機(jī)粘結(jié)劑的數(shù)量。使用的硅粉末與實(shí)施例1中的試料2相同，它是通過(guò)把商業(yè)Si粉末在空氣中于600℃下氧化處理5小時(shí)而得到的，其氧化膜的厚度為5.3nm。
對(duì)于試料27到31，通過(guò)在經(jīng)干燥淤漿得到的粉末上噴灑有機(jī)粘結(jié)劑而添加有機(jī)粘結(jié)劑；對(duì)于試料32到37，通過(guò)將有機(jī)粘結(jié)劑加入到淤漿中而添加有機(jī)粘結(jié)劑。所添加的燒結(jié)助劑的種類和數(shù)量與實(shí)施例1中相同。因而，對(duì)于所得的每一燒結(jié)體內(nèi)的燒結(jié)助劑元素，Y為4.4％的重量，Sm為6.7％的重量。水的比例和淤漿的PH值也與實(shí)施例1中相同。
用與實(shí)施例1中相同的方式測(cè)量所得的每一Si3N4燒結(jié)體的相對(duì)密度和彎曲強(qiáng)度，并在表5中與用同樣方式測(cè)量的每一成型體的相對(duì)密度一同給出。
表5試料 分散劑 粘結(jié)劑 相對(duì)密度(％) 彎曲強(qiáng)度(wt％) (wt％) 成型體 燒結(jié)體 (MPa)27 0.05 噴灑53 96 85028 2.5噴灑53 96 87029 3.0噴灑52 96 81030*0.03 噴灑52 93 48031*3.5噴灑52 93 47032 0.50.0555 97 110033 0.51.5 57 98 121034 0.52.5 57 98 125035 0.53.0 53 97 82036*0.50.0443 86 32037*0.53.2 53 91 450(注)表中帶星號(hào)的試料為比較例從上述結(jié)果明顯看出，把添加到淤漿中的每一種的各自分散劑和有機(jī)粘結(jié)劑的比例保持在0.5到3％的重量能從淤漿直接得到具有所希望密度的成型體，燒結(jié)該成型體可得到彎曲強(qiáng)度至少為800MPa的致密Si3N4燒結(jié)體。
利用本發(fā)明可得到用于生產(chǎn)Si3N4陶瓷的淤漿狀硅基組合物，它含有作為分散介質(zhì)的水和燒結(jié)助劑。利用這種淤漿狀硅基組合物可不需安裝防爆設(shè)施進(jìn)行粉末混合和成型，從而可提供廉價(jià)的制品。另外，通過(guò)把硅基組合物調(diào)節(jié)到合適的條件得到的均勻密度的成型體，可制備高強(qiáng)度的致密燒結(jié)體。因而，利用本發(fā)明可提供相對(duì)密度至少為96％，彎曲強(qiáng)度至少800MPa的高質(zhì)量Si3N4陶瓷。
權(quán)利要求
1.一種由淤漿狀硅基組合物制備的Si3N4陶瓷，所述的淤漿狀硅基組合物基本上由表面氧化膜厚度在1.5到15nm范圍的Si粉末、50到90％重量的水、0.2到7.5％重量的以氧化物表示的燒結(jié)助劑和0.05到3％重量的分散劑組成，其中燒結(jié)助劑是選自IIa族、IIIa族和稀土元素的化合物中的至少一種，所說(shuō)的Si3N4陶瓷具有至少96％的相對(duì)密度和至少800MPa的彎曲強(qiáng)度。
2.一種制備Si3N4陶瓷的工藝，包括成型一種淤漿狀硅基組合物以便得到成型體，和在氮?dú)鈿夥罩屑訜嵩摮尚腕w以便對(duì)它燒結(jié)，其中所述的淤漿狀硅基組合物基本上由表面氧化膜厚度在1.5到15nm范圍的Si粉末、50到90％重量的水、0.2到7.5％重量的以氧化物表示的燒結(jié)助劑和0.05到3％重量的分散劑組成，其中燒結(jié)助劑是選自IIa族、IIIa族和稀土元素的化合物中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的工藝，其中淤漿狀硅基組合物含有一種有機(jī)粘結(jié)劑并且是在壓力去除硅基組合物的水的同時(shí)進(jìn)行成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的工藝，其中干燥該淤漿狀硅基組合物以便得到干粉末，在所得的干粉上噴灑一種有機(jī)粘結(jié)劑，進(jìn)行成型。
全文摘要
涉及一種由淤漿狀硅基組合物制備的Si
文檔編號(hào)C04B35/626GK1368486SQ0112173
公開日2002年9月11日 申請(qǐng)日期1996年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月16日
發(fā)明者中畑成二, 山川晃 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社