高纯β－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷粉体的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高纯β－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷粉体的制备方法。本发明专利技术的制备方法将碳热还原氮化工艺与纳米浇注技术结合，具体包括如下步骤：首先以有序介孔二氧化硅为主原料，以可溶性无机铝盐为氧化铝前驱物，以有机小分子化合物为碳源，通过纳米浇注制得介孔碳／氧化硅／氧化铝复合物；然后将介孔碳／氧化硅／氧化铝复合物进行碳热还原氮化制得试样；最后将试样在空气中煅烧除去残留碳，冷却后得产物。本发明专利技术的优点在于：制备方法合成温度相对较低，有利于降低生产时所需能耗；制得的β－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷粉体纯度高，颗粒形貌主要为长棒状，可广泛应用于航天、冶金、化工等领域。

Preparation method of high-purity beta Sialon ceramic powder

The invention provides a preparation method of high-purity beta Sialon ceramic powder. The preparation method of the invention combines the carbothermal reduction nitridation process with nano casting technology, and includes the following steps: first by the ordered mesoporous silica as the main raw materials, using soluble inorganic aluminum salt as alumina precursor to small molecule organic compound as carbon source was Kong Tan dielectric / silicon oxide / alumina composite by nano casting system; then mesoporous carbon / silica / alumina composite by carbothermal reduction and nitridation prepared; the samples calcined in air to remove residual carbon products after cooling. The invention has the advantages that the preparation method of synthesis temperature is relatively low, is conducive to reduce the energy consumption required for production; beta Sialon ceramic powder with high purity, particle morphology is mainly for the long rod, can be widely used in aerospace, metallurgy, chemical and other fields.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陶瓷材料
，具体涉及一种利用碳热还原氮化工艺结合纳米浇 注技术合成高纯P-Sialon陶瓷粉体的制备方法以及用此方法制备得到的P-Sialon陶瓷 粉体。
技术介绍
与高性能氮化物材料Si3N4的结构相似，Sialon作为Si3N4的固溶体也可以分为低 温相a -Sialon和高温相P -Sialon两种晶型。其中P -Sialon为P _Si3N4结构中的Z个 Si-N键被Z个Al-0键所取代而形成，其组成可表示为Si6—ZA1Z0ZN8—z (其中0 < Z《4. 2)。 由于13-Sialon易生长成长柱状，产生类晶须的增韧效果，这使得13-Sialon比a-Sialon 具有更高的断裂强度和断裂韧性。由于其优异的性能，13-Sialon陶瓷可以用做金属压延 或拉丝模，金属切削工具，热机或其它热能设备部件，以及轴承、阀体、导弹发射喷嘴、航空 航天领域的高温部件等，是一种重要的结构陶瓷材料。 因此合成高质量的13 -Sialon粉体，并以此粉体为原料制备高性能P -Sialon陶 瓷具有十分重要的意义。目前常见的合成P-Sialon陶瓷粉体的方法有(l)高温固相反应 法，这种方法制备工艺相对复杂，而且所需合成温度高(170(TC左右)。(2)自蔓延高温合成 法，这是一种快速制粉法，但工艺设备复杂，要求条件高，反应过程较难控制。(3)碳热还原 氮化法，此方法应用范围较广，主要是对设备及工艺要求相对较低，但合成过程的影响因素 较多，且产物中杂质含量较高。上述三种方法都有各自的特点，但三者却存在同一个问题， 就是起始原料均采用机械混合，难免成分混合不均匀或引入杂质，大大影响了其合成效果。 例如公开号为CN101164988的中国专利技术专利申请中提供了一种利用红柱石制 备Sialon陶瓷粉体的方法，该专利采用红柱石为主原料，通过碳热还原氮化法一步制备 |3 -Sialon陶瓷粉体，合成的产物除13 -Sialon夕卜，还有大量的SiC和A1203。 再如公开号为CN101045633的中国专利技术专利申请中提供了 一种低成本合成 Sialon陶瓷粉体的方法，采用铁尾矿为原料，通过碳热还原氮化法一步制备Sialon陶瓷粉 体，但合成的产物是a-Sialon相。 而公开号为CN1168872A的中国专利技术专利申请中也提供了一种Sialon陶瓷粉体的制备方法，利用高温自蔓延工艺，该工艺设备复杂，要求条件高，反应过程较难控制。 再有，公开号为CN1270153A的中国专利技术专利申请中提供了一种Sialon结合SiC粉的制备方法，主要利用河沙为原料，合成产物相中存在大量SiC，同时合成材料中低熔点物质，如K20(2.9% )、Na20(3. 5% )含量高，不适宜在高温工业领域中应用。 总之，目前公开发表的专利和文献提供的制备13 -Sialon陶瓷粉体的方法所用的初始原料均为机械混合，原料混合不均匀就导致了合成温度较高，杂质相不可避免等缺点。此外，至今还没有任何关于以有序介孔二氧化硅为原料，通过纳米浇注制备13-Sialon陶瓷粉体的公开专利技术专利。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高纯13 -Sialon陶瓷粉体的制备方法及采用该方法制得的高纯13-Sialon陶瓷粉体。 本专利技术的技术方案 —种高纯13 -Sialon陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤 (1)以有序介孔二氧化硅为主原料，以可溶性无机铝盐为氧化铝前驱物，以有机小分子化合物为碳源，通过纳米浇注制得介孔碳/氧化硅/氧化铝复合物； (2)将所述介孔碳/氧化硅/氧化铝复合物进行碳热还原氮化制得试样； (3)将所述试样在空气中煅烧除去残留碳，冷却后得产物。步骤(1)进一步包括如下步骤 a将碳源和可溶性无机铝盐溶解于水，滴加硫酸作为催化剂，形成溶液A，再向溶液A加入有序介孔二氧化硅并混合均匀，所得糊状物在80 IO(TC下干燥6 8h，然后升温到150 20(TC，热处理5 10h，得到预碳化产物1 ; b继续往预碳化产物1中加入少量的碳源、硫酸和水的混合溶液，重复步骤a，得到预碳化产物2 ; c预碳化产物2在氩气气氛中，500 IOO(TC下煅烧4 8h，优选800 IOO(TC，得到介孔碳/氧化硅/氧化铝复合物。 预碳化分两步进行目的是为了让碳源更充分的进入有序介孔二氧化硅的孔道。 较佳的，步骤a中碳源用量与步骤b中碳源用量的摩尔比为1 : (0. 5 1. 0)。 较佳的，在所述溶液A中，加入碳源后碳元素的质量百分比浓度范围优选为10% 30% ;加入硫酸后硫酸的质量百分比浓度范围优选为2. 0% 3. 0%。较佳的，步骤b的混合溶液中，加入碳源后碳元素的质量百分比浓度范围优选为5% 20% ;加入硫酸后硫酸的质量百分比浓度范围优选为1. 0% 2. 0%。步骤(2)中，所述试样的制备包括将步骤(1)中得到的介孔碳/氧化硅/氧化铝复合物放入管式炉中，通入流量为0. 6 3. 0L/min的氮气流，以2. 5 15°C /min的升温速率升温至1300 1500°C ，优选升温速度为8 15°C /min，保温4 16h，然后冷却至600°C以下，关闭氮气，继续冷却至IO(TC以下。 步骤(3)中，煅烧温度为600 800°C ，煅烧时间为3 8h。 所述碳源可选自蔗糖或葡萄糖。 所述有序介孔二氧化硅可为SBA-15。 所述可溶性无机铝盐可为无水三氯化铝或硝酸铝。 所述有序介孔二氧化硅中所含Si与可溶性无机铝盐中所含A1的摩尔比为i : (o.2 2.o);所述有序介孔二氧化硅中所含si与碳源中所含c的摩尔比为i : (4.o 12. 0)。 —种|3 -Sialon陶瓷粉体，由以上方法制得，所述P -Sialon陶瓷粉体分子式为Si6—ZA1Z0ZN8—z(0 < Z《4. 2)，其颗粒形貌主要为长棒状颗粒，该形貌产物所占质量比大于2/3。 该粉体是制备具有高断裂强度和高断裂韧性Sialon陶瓷的原料。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于 1.传统方法所用的原料均为机械混合，本专利技术利用纳米浇注法使原料达到了纳米尺度的均匀混合。 2.本专利技术合成的产物为纯相的P-Sialon陶瓷粉体，产物中无杂相。 3.本专利技术合成13 -Sialon粉体的温度较低，合成温度为1300°C 1500°C。附图说明 图1为本专利技术的制备工艺流程图 图2为本专利技术实施例3中所得长颗粒状13 _Si3Al303N5粉体产物的SEM图。 图3为本专利技术实施例3中所得球形颗粒状13 _Si3Al303N5粉体产物的SEM图。 图4为本专利技术实施例4中所得13 _Si4Al202N6粉体产物的XRD图谱。 图5为本专利技术实施例5中所得13 -Si5A10N7粉体产物的XRD图谱。具体实施方式 实施例1 起始配比中硅与铝摩尔比为1 : l，硅与蔗糖摩尔比为l : 0.42。先将4.45g无水三氯化铝溶解到10g去离子水中，再加入3. Og蔗糖，搅拌一段时间让蔗糖完全溶解后，加入0. 34g硫酸，再将2. Og SBA-15缓慢加入上述溶液，搅拌均匀，所得产物在8(TC条件下干燥6h，让水分完全蒸发，然后再升温到16(TC，热处理6h，进行预碳化。第二步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯β－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：　　（１）以有序介孔二氧化硅为主原料，以可溶性无机铝盐为氧化铝前驱物，以有机小分子化合物为碳源，通过纳米浇注制得介孔碳／氧化硅／氧化铝复合物；　　（２）将所述介孔碳／氧化硅／氧化铝复合物进行碳热还原氮化制得试样；　　（３）将所述试样在空气中煅烧除去残留碳，冷却后得产物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘茜，颜强，王明辉，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]