一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法

1.本发明涉及氮化硅陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法。


背景技术：

2.氮化硅(si3n4)陶瓷具有高硬度、优异的耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性等优良的综合性能，被认为是用在高温和极端环境下的最有前途的先进陶瓷之一。目前，氮化硅陶瓷已广泛应用于航空航天、工业生产等领域，比如轴承、切削刀具及电子散热器件等。然而，氮化硅陶瓷的高硬度与高脆性，使得其可加工性能较差，难以通过机械加工的方法制备复杂形状氮化硅陶瓷零部件。此外，随着技术的发展，氮化硅陶瓷的应用要求越来越严格，对氮化硅陶瓷成型的形状有更高的要求。成型工艺是决定陶瓷产品性能的重要因素，也是制备复杂形状零件的关键环节。传统的模压成型、注射成型、凝胶注膜成型等均属于有模制造，模具制备成本高，且无法满足复杂形状氮化硅陶瓷构件数字化与智能化的设计制造需求，因此亟需提出一种成型方法解决氮化硅陶瓷难以制备复杂形状部件问题。
3.粘结剂喷射技术(binder jetting)是选择性喷射沉积液态粘结剂以粘结粉末材料的一种增材制造技术，通过使用液态粘结剂将铺设的粉末层逐层粘结，利用层层累积以创建三维实体原型。首先通过供料和铺料装置铺设单层粉床，根据打印轨迹，控制打印喷头将粘结剂喷射至粉床表面，喷射一层材料后，粉床向下移动，并重新铺设材料粉层，再喷射粘结剂等，不断重复，层层堆叠形成三维实体零件；最后，经过粘结剂固化、脱脂、烧结等后期处理，即可制得所需陶瓷制件。该技术具有制备成本低、打印速度快、打印精度高、可打印大尺寸复杂陶瓷部件等优势，因此成为氮化硅陶瓷增材制造的优选技术。
4.然而，粘结剂喷射成型技术受限于粉体粒径，通常为了确保粉体流动性而选用大尺寸的氮化硅粉体(粒径：＞20μm)，这不仅造成打印坯体内部存在较多的空隙，还大大降低了氮化硅陶瓷的烧结活性，导致利用粘结剂喷射成型技术难以制备高致密度及力学性能优异的氮化硅陶瓷部件，这严重限制大尺寸、复杂结构氮化硅陶瓷零部件的发展及应用。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是如何利用粘结剂喷射成型技术制备高致密度及力学性能优异的复杂结构氮化硅陶瓷。
6.为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供一种利用粘结剂喷射成型技术制备氮化硅陶瓷的方法，包括如下步骤：
8.s1、将80～95重量份的氮化硅粉体和5～20重量份的烧结助剂经球磨混匀后、喷雾造粒，制得球形粉体；
9.s2、将s1制得的球形粉体作为打印原料，设置打印参数，根据预设的结构进行粘结剂喷射打印，得到生坯；
10.s3、对所述生坯清除残粉、后固化及脱脂处理，得到脱脂坯体；
11.s4、对所述脱脂坯体进行渗硅处理，得到氮化硅-硅的复合坯体；
12.s5、将所述复合坯体在氮气氛围下于1200～1500℃进行硅氮化处理，然后升温至1600～1900℃进行高温烧结，得到氮化硅陶瓷烧结体；
13.s6、对所述氮化硅陶瓷烧结体进行热等静压处理，得到氮化硅陶瓷产品。
14.需要说明的是，本发明的氮化硅粉体和烧结助剂混匀后重新喷雾造粒，得到的球形粉体可以确保其具有良好的流动性。
15.其进一步地技术方案为，所述步骤s1中，球形粉体的粒径为20～100μm。
16.其进一步地技术方案为，所述氮化硅粉体粒径为0.1～2μm，α相氮化硅含量大于90％。氮化硅粉体的粒径越小越有助于提高粉体的烧结活性。
17.其进一步地技术方案为，所述烧结助剂选自al2o3、mgo、tio2、zro2、ce2o3、li2o、y2o3、la2o3、yb2o3、lu2o3、sm2o3、gd2o3、金属ni中的一种或者多种，粒径为0.1～1μm，纯度大于99.5％。
18.其进一步地技术方案为，所述步骤s2的打印参数如下：
19.打印层厚设置50～300μm，刮刀速度设置为1～6cm/s，胶水饱和度为50～100％。
20.其进一步地技术方案为，所述步骤s3中，后固化处理的温度为100～300℃，保温时间为0.5～3h，所述生坯经后固化处理后可以确保坯体具备较好的强度。本发明的脱脂处理在空气中进行，具体参数为：以0.5～10℃/min的速率升温至300～600℃，保温时间为1～6h，然后以0.5～10℃/min的速率降至室温。
21.其进一步地技术方案为，所述步骤s4的渗硅处理具体操作为：在真空烧结炉中，将粒径为0.5～10μm硅粉放置氮化硼坩埚中，将所述脱脂坯体放置在硅粉上，将真空烧结炉抽真空至10pa以下，以5～10℃/min的速率升温至1410～1700℃，保温为1～3h，然后以5～10℃/min的速率降至室温。
22.其进一步地技术方案为，所述步骤s5的硅氮化处理及烧结在气压炉中进行，氮气分压为1～6mpa，硅氮化处理的时间为1～3h，高温烧结的时间为1～12h。
23.其进一步地技术方案为，所述步骤s6中，热等静压处理的温度比高温烧结的温度低100～200℃，例如热等静压处理的温度可以是1500～1800℃，热等静压处理的时间为1～6h，氮气分压为50～200mpa。
24.其进一步地技术方案为，所述步骤s1的操作具体包括：将氮化硅粉体、烧结助剂、溶剂和研磨球一起进行球磨混匀，球磨转速为200～400rpm，球磨时间为0.5h～6h，然后烘干混合粉体除去溶剂，过筛，喷雾造粒，制得球形粉体。
25.进一步地，溶剂选自去离子水、无水乙醇、甲醇中的一种或者多种；研磨球为氧化锆研磨球、氮化硅研磨球、氧化铝研磨球中的一种或者多种；球料比依常规设定。
26.进一步地，烘干粉体的温度为50～120℃，时间为3～24h，目的是为了去除溶剂，过筛目数为50～100目。
27.本发明还提供一种氮化硅陶瓷，采用第一方面所述的利用粘结剂喷射成型技术的方法制得。
28.与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：
29.本发明提供的利用粘结剂喷射成型技术制备氮化硅陶瓷的方法，将原料氮化硅粉
体和烧结助剂混匀后重新喷雾造粒，得到的球形粉体可以确保其具有良好的流动性，适合粘结剂喷射成型技术；进一步地，优选原料的粒径为亚微米级，以提高粉体的烧结活性；然后利用粘结剂喷射打印制得生坯，再经过真空渗硅处理，结合氮化处理，使得硅与氮气反应原位生成氮化硅，从而减少坯体的内部空隙，经过高温烧结后得到致密度较高的氮化硅陶瓷，最后，通过热等静压处理，进一步排出氮化硅陶瓷内部残留的气孔，从而获得高致密度、力学性能良好的大尺寸复杂结构的氮化硅陶瓷部件。
具体实施方式
30.下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤和/或操作的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作和/或其集合的存在或添加。
32.还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
33.实施例1
34.本发明实施例提供了一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法，具体步骤如下：
35.1、称取85重量份粒径为0.2μm的氮化硅粉体、10重量份粒径为0.2μm的al2o3以及5重量份粒径0.5μm的y2o3，采用无水乙醇为分散溶剂、氮化硅球为研磨球进行球磨混匀，球磨转速为250rpm，球磨时间为3h；球磨结束后将混合粉体在60℃下烘6h后过50目筛网，通过喷雾造粒制得平均粒径为35μm的球形造粒粉体。
36.2、将步骤1中获得的35μm的球形造粒粉体放置打印机中，设置打印参数为：打印层厚设置90μm，刮刀速度设置为3cm/s，胶水饱和度为80％，制得氮化硅陶瓷生坯。
37.3、对生坯进行清除残粉，然后在180℃下对坯体进行固化处理0.5h，然后将固化处理的坯体在空气中脱脂处理，以2℃/min的速率升温至500℃，保温时间为3h，然后以2℃/min降温至室温；得到脱脂坯体。
38.4、将脱脂坯体放置在真空烧结炉中进行渗硅处理：将粒径为3μm硅粉放置氮化硼坩埚中，将脱脂坯体放置在硅粉上面，将真空烧结炉抽真空至10pa以下，以5℃/min升温至1550℃，保温时间为2h，然后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅-硅复合材料坯体。
39.5、将氮化硅-硅复合材料坯体放置于气压炉内，以10℃/min的速率升温至1350℃，保温3h，保持氮气分压为3mpa，进行硅氮化处理，然后以5℃/min升温至1900℃，保温4h，氮气分压为3mpa，进行高温烧结，烧结完成后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅陶瓷烧结体。
40.6、将氮化硅陶瓷烧结体放置于热等静压炉中进行热处理，以5℃/min升温1800℃，
保温2h，氮气分压为100mpa，以10℃/min降温至室温，得到高致密度、力学性能优异的氮化硅陶瓷。
41.利用阿基米德排水法测得本实施例制得的氮化硅陶瓷的致密度为99.3％，利用三点抗弯法测得本实施例制得的氮化硅陶瓷的弯曲强度为810mpa，说明本实施例的制得的氮化硅陶瓷部件具有较高的致密度及优良的力学性能。
42.实施例2
43.本发明实施例提供了一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法，具体步骤如下：
44.1、称取90重量份粒径为0.1μm的氮化硅粉体、5重量份粒径为0.2μm的al2o3、3重量份粒径0.5μm的y2o3，2重量份粒径0.5μm的金属ni，采用无水乙醇为分散溶剂、氮化硅球为研磨球进行球磨混匀，球磨转速为350rpm，球磨时间为3h；球磨结束后将混合粉体在60℃下烘6h后过50目筛网，通过喷雾造粒制得平均粒径为40μm的球形造粒粉体。
45.2、将步骤1中获得的40μm的球形造粒粉体放置打印机中，设置打印参数为：打印层厚设置100μm，刮刀速度设置为3cm/s，胶水饱和度为80％，制得氮化硅陶瓷生坯。
46.3、对生坯进行清除残粉，然后在180℃下对坯体进行固化处理0.5h，然后将固化处理的坯体在空气中脱脂处理，以2℃/min的速率升温至500℃，保温时间为3h，然后以2℃/min降温至室温；得到脱脂坯体。
47.4、将脱脂坯体放置在真空烧结炉中进行渗硅处理：将粒径为3μm硅粉放置氮化硼坩埚中，将脱脂坯体放置在硅粉上面，将真空烧结炉抽真空至10pa以下，以5℃/min升温至1550℃，保温时间为3h，然后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅-硅复合材料坯体。
48.5、将氮化硅-硅复合材料坯体放置于气压炉内，以10℃/min的速率升温至1300℃，保温4h，保持氮气分压为3mpa，进行硅氮化处理，然后以5℃/min升温至1850℃，保温6h，氮气分压为3mpa，进行高温烧结，烧结完成后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅陶瓷烧结体。
49.6、将氮化硅陶瓷烧结体放置于热等静压炉中进行热处理，以5℃/min升温1750℃，保温2h，氮气分压为100mpa，以10℃/min降温至室温，得到高致密度、力学性能优异的氮化硅陶瓷。
50.利用阿基米德排水法测得本实施例制得的氮化硅陶瓷的致密度为98.6％，利用三点抗弯法测得本实施例制得的氮化硅陶瓷的弯曲强度为885mpa，即说明本实施例的制得的氮化硅陶瓷部件具有较高的致密度及优良的力学性能。
51.实施例3
52.本发明实施例提供了一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法，具体步骤如下：
53.1、称取85重量份粒径为0.1μm的氮化硅粉体、5重量份粒径为0.2μm的al2o3、3重量份粒径0.5μm的mgo，5重量份粒径为0.5μm的la2o3，2重量份粒径0.5μm的金属ni，采用无水乙醇为分散溶剂、氧化锆球为研磨球进行球磨混匀，球磨转速为350rpm，球磨时间为3h；球磨结束后将混合粉体在60℃下烘6h后过50目筛网，通过喷雾造粒制得平均粒径为45μm的球形造粒粉体。
54.2、将步骤1中获得的45μm的球形造粒粉体放置打印机中，设置打印参数为：打印层
厚设置100μm，刮刀速度设置为3cm/s，胶水饱和度为80％，制得氮化硅陶瓷生坯。
55.3、对生坯进行清除残粉，然后在180℃下对坯体进行固化处理0.5h，然后将固化处理的坯体在空气中脱脂处理，以2℃/min的速率升温至600℃，保温时间为3h，然后以2℃/min降温至室温，得到脱脂坯体。
56.4、将脱脂坯体放置在真空烧结炉中进行渗硅处理：将粒径为3μm硅粉放置氮化硼坩埚中，将脱脂坯体放置在硅粉上面，将真空烧结炉抽真空至10pa以下，以5℃/min升温至1600℃，保温时间为3h，然后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅-硅复合材料坯体。
57.5、将氮化硅-硅复合材料坯体放置于气压炉内，以10℃/min的速率升温至1400℃，保温2.5h，保持氮气分压为3mpa，进行硅氮化处理，然后以5℃/min升温至1850℃，保温5h，氮气分压为3mpa，进行高温烧结，烧结完成后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅陶瓷烧结体。
58.6、将氮化硅陶瓷烧结体放置于热等静压炉中进行热处理，以5℃/min升温1750℃，保温2h，氮气分压为100mpa，以10℃/min降温至室温，得到高致密度、力学性能优异的氮化硅陶瓷。
59.利用阿基米德排水法测得本实施例制得的氮化硅陶瓷的致密度为99.8％，利用三点抗弯法测得本实施例制得的氮化硅陶瓷的弯曲强度为905mpa，即说明本实施例的制得的氮化硅陶瓷部件具有较高的致密度及优良的力学性能。
60.对比例1
61.本发明对比例1提供了一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法，其与实施例1的不同之处在于所用的原材料为平均粒径为35μm的粗颗粒氮化硅粉体且未经喷雾造粒，其它工艺及参数与实施例1相同，具体步骤如下：
62.1、称取85重量份粒径为35μm的氮化硅粉体、10重量份粒径为0.2μm的al2o3以及5重量份粒径0.5μm的y2o3，采用无水乙醇为分散溶剂、氮化硅球为研磨球进行球磨混匀，球磨转速为250rpm，球磨时间为3h；球磨结束后将混合粉体在60℃下烘6h后过50目筛网得到混合粉体。
63.2、将步骤1中获得的混合粉体放置打印机中，设置打印参数为：打印层厚设置90μm，刮刀速度设置为3cm/s，胶水饱和度为80％，制得氮化硅陶瓷生坯。
64.3、对生坯进行清除残粉，在180℃下对坯体进行固化处理0.5h，然后将固化处理的坯体在空气中脱脂处理，以2℃/min的速率升温至500℃，保温时间为3h，然后以2℃/min降温至室温，得到所需脱脂坯体。
65.4、将脱脂坯体放置在真空烧结炉中进行渗硅处理：将粒径为3μm硅粉放置氮化硼坩埚中，将脱脂坯体放置在硅粉上面，将真空烧结炉抽真空至10pa以下，以5℃/min升温至1550℃，保温时间为2h，然后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅-硅复合材料坯体。
66.5、将氮化硅-硅复合材料坯体放置于气压炉内，以10℃/min升温至1350℃，保温3h，保持氮气分压为3mpa，进行硅氮化处理，然后以5℃/min升温至1900℃，保温4h，氮气分压为3mpa，进行高温烧结，以10℃/min降温至室温，得到氮化硅陶瓷烧结体。
67.6、将氮化硅陶瓷烧结体放置于热等静压炉中进行热处理，以5℃/min升温1800℃，保温2h，氮气分压为100mpa，以10℃/min降温至室温，得氮化硅陶瓷。
68.利用阿基米德排水法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷的致密度为90.3％，利用三
点抗弯法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷的弯曲强度为450mpa。此结果说明不使用亚微米氮化硅为原材料，且不经过喷雾造粒处理，而是选择大颗粒氮化硅粉体直接进行粘结剂喷射打印制得的氮化硅陶瓷具有较低的致密度及较差的力学性能。
69.对比例2
70.本发明对比例2提供了一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法，其与实施例1的不同之处在于所用的原材料为平均粒径为35μm的粗颗粒氮化硅粉体且未经喷雾造粒，并且在坯体脱脂后未进行渗硅处理，其它工艺及参数与实施例1相同，具体步骤如下：
71.1、称取85重量份粒径为35μm的氮化硅粉体、10重量份粒径为0.2μm的al2o3以及5重量份粒径0.5μm的y2o3，采用无水乙醇为分散溶剂、氮化硅球为研磨球进行球磨混匀，球磨转速为250rpm，球磨时间为3h；球磨结束后将混合粉体在60℃下烘6h后过50目筛网得到混合粉体。
72.2、将步骤1中获得的混合粉体放置打印机中，设置打印参数为：打印层厚设置90μm，刮刀速度设置为3cm/s，胶水饱和度为80％，制得氮化硅陶瓷生坯。
73.3、对生坯进行清除残粉，在180℃下对坯体进行固化处理0.5h，然后将固化处理的坯体在空气中脱脂处理，以2℃/min升温至500℃，保温时间为3h，然后以2℃/min降温至室温，得到脱脂坯体。
74.4、将脱脂坯体放置于气压炉内，以5℃/min升温至1900℃，保温4h，氮气分压为3mpa，进行高温烧结，以10℃/min降温至室温，得到氮化硅陶瓷烧结体。
75.5、将氮化硅陶瓷烧结体放置热等静压炉中进行热处理，以5℃/min升温1800℃，保温2h，氮气分压为100mpa，以10℃/min降温至室温，得到氮化硅陶瓷。
76.利用阿基米德排水法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷的致密度为78.6％，利用三点抗弯法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷的弯曲强度为220mpa，此结果说明不使用亚微米氮化硅为原材料，且不经过喷雾造粒处理，而是选择大颗粒氮化硅粉体直接进行粘结剂喷射打印，坯体脱脂后不经过渗硅处理，得到的氮化硅陶瓷具有更低的致密度及更差的力学性能。
77.对比例3
78.本发明对比例3提供了一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法，其与实施例1的不同之处在于坯体脱脂后未进行渗硅处理，其它工艺及参数与实施例1相同，具体步骤如下：
79.1、称取85重量份粒径为0.2μm的氮化硅粉体、10重量份粒径为0.2μm的al2o3以及5重量份粒径0.5μm的y2o3，采用无水乙醇为分散溶剂、氮化硅球为研磨球进行球磨混匀，球磨转速为250rpm，球磨时间为3h；球磨结束后将混合粉体在60℃下烘6h后过50目筛网，最后通过喷雾造粒制得平均粒径为35μm的球形造粒粉体。
80.2、将步骤1中获得的35μm的球形造粒粉体放置打印机中，设置打印参数为：打印层厚设置90μm，刮刀速度设置为3cm/s，胶水饱和度为80％，制得氮化硅陶瓷生坯。
81.3、对生坯进行清除残粉，然后在180℃下对坯体进行固化处理0.5h，然后将固化处理的坯体在空气中脱脂处理，以2℃/min升温至500℃，保温时间为3h，然后以2℃/min降温至室温，得到脱脂坯体。
82.4、将脱脂坯体放置于气压炉内，以10℃/min升温至1350℃，保温3h，保持氮气分压为3mpa，进行硅氮化处理，然后以5℃/min升温至1900℃，保温4h，氮气分压为3mpa，进行高温烧结，以10℃/min降温至室温，得到氮化硅陶瓷烧结体。
83.5、将氮化硅陶瓷烧结体放置于热等静压炉中进行热处理，以5℃/min升温1800℃，保温2h，氮气分压为100mpa，以10℃/min降温至室温。
84.利用阿基米德排水法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷的致密度为94.5％，利用三点抗弯法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷的弯曲强度为540mpa，即结果与对比例2的结果相比，说明通过优化原材料粒径提高粉体烧结活性以及对原材料进行喷雾造粒的操作，可以极大地提高粘结剂喷射打印制得的氮化硅陶瓷的致密度和力学性能；但是，与实施例1相比，由于对比例3未进行渗硅处理，坯体内部存在少量的孔隙会影响氮化硅陶瓷的致密度和力学性能。
85.对比例4
86.本发明对比例4提供了一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法，其与实施例1的不同之处在于未进行热等静压处理，其它工艺及参数与实施例1相同，具体步骤如下：
87.1、称取85重量份粒径为0.2μm的氮化硅粉体、10重量份粒径为0.2μm的al2o3以及5重量份粒径0.5μm的y2o3，采用无水乙醇为分散溶剂、氮化硅球为研磨球进行球磨混匀，球磨转速为250rpm，球磨时间为3h；球磨结束后将混合粉体在60℃下烘6h后过50目筛网，最后通过喷雾造粒制得平均粒径为35μm的球形造粒粉体。
88.2、将步骤1中获得的35μm的球形造粒粉体放置打印机中，设置打印参数为：打印层厚设置90μm，刮刀速度设置为3cm/s，胶水饱和度为80％，制得氮化硅陶瓷生坯。
89.3、对生坯进行清除残粉，然后在180℃下对坯体进行固化处理0.5h，然后将固化处理的坯体在空气中脱脂处理，以2℃/min升温至500℃，保温时间为3h，然后以2℃/min降温至室温，得到脱脂坯体。
90.4、将脱脂坯体放置在真空烧结炉中进行渗硅处理：将粒径为3μm硅粉放置氮化硼坩埚中，将脱脂坯体放置在硅粉上面，将真空烧结炉抽真空至10pa以下，以5℃/min升温至1550℃，保温时间为2h，然后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅-硅复合材料坯体。
91.5、将氮化硅-硅复合材料坯体放置于气压炉内，以10℃/min升温至1350℃，保温3h，保持氮气分压为3mpa，进行硅氮化处理，然后以5℃/min升温至1900℃，保温4h，氮气分压为3mpa，进行高温烧结，以10℃/min降温至室温，得到氮化硅陶瓷烧结体。
92.利用阿基米德排水法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷烧结体的致密度为96.2％，利用三点抗弯法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷的弯曲强度为610mpa，此结果与实施例1相比，说明烧结后的氮化硅陶瓷仍存在不完全致密的情况，陶瓷烧结体内部有残存气孔无法排出，导致力学性能较差，通过将高温烧结后的陶瓷烧结体进行热等静压处理可以进一步排出陶瓷内部残留的气孔，从而提高致密度和力学性能。
93.对比例5
94.本发明对比例5提供了一种利用粘结剂喷射成型技术制备的氮化硅陶瓷及方法，其与实施例1的不同之处在于氮化硅原始粉体粒径为4μm，其它工艺及参数与实施例1相同，具体步骤如下：
95.1、称取85重量份粒径为4μm的氮化硅粉体、10重量份粒径为0.2μm的al2o3以及5重量份粒径0.5μm的y2o3，采用无水乙醇为分散溶剂、氮化硅球为研磨球进行球磨混匀，球磨转速为250rpm，球磨时间为3h；球磨结束后将混合粉体在60℃下烘6h后过50目筛网，通过喷雾造粒制得平均粒径为35μm的球形造粒粉体。
96.2、将步骤1中获得的35μm的球形造粒粉体放置打印机中，设置打印参数为：打印层厚设置90μm，刮刀速度设置为3cm/s，胶水饱和度为80％，制得氮化硅陶瓷生坯。
97.3、对生坯进行清除残粉，然后在180℃下对坯体进行固化处理0.5h，然后将固化处理的坯体在空气中脱脂处理，以2℃/min的速率升温至500℃，保温时间为3h，然后以2℃/min降温至室温；得到脱脂坯体。
98.4、将脱脂坯体放置在真空烧结炉中进行渗硅处理：将粒径为3μm硅粉放置氮化硼坩埚中，将脱脂坯体放置在硅粉上面，将真空烧结炉抽真空至10pa以下，以5℃/min升温至1550℃，保温时间为2h，然后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅-硅复合材料坯体。
99.5、将氮化硅-硅复合材料坯体放置于气压炉内，以10℃/min的速率升温至1350℃，保温3h，保持氮气分压为3mpa，进行硅氮化处理，然后以5℃/min升温至1900℃，保温4h，氮气分压为3mpa，进行高温烧结，烧结完成后以10℃/min降温至室温，得到氮化硅陶瓷烧结体。
100.6、将氮化硅陶瓷烧结体放置于热等静压炉中进行热处理，以5℃/min升温1800℃，保温2h，氮气分压为100mpa，以10℃/min降温至室温，得到高致密度、力学性能优异的氮化硅陶瓷。
101.利用阿基米德排水法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷的致密度为89.4％，利用三点抗弯法测得本对比例制得的氮化硅陶瓷的弯曲强度为389mpa，说明使用较粗粒径的氮化硅粉体作为原始材料，即使重新造粒也未能保证氮化硅粉体的烧结活性，通过渗硅及热等静压处理，同样会难以避免致密度和弯曲强度的下降。可见，本发明采用氮化硅粉体粒径为0.1～2μm，有助于提高粉体的烧结活性，提高最终陶瓷的致密度和力学性能。
102.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
103.以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。