科创中国
氮化硅基复合陶瓷材料及其微波烧结制备方法
发布时间: 2022-11-18
基本信息
合作方式：
技术许可
成果类型：
发明专利
行业领域：
微波烧结材料技术
成果介绍
氮化硅陶瓷是一种耐磨性好、抗热震性强和力学性能优良的陶瓷材料，尤其是它优良的高温特性，即使在1300℃下仍具备较高的强度，可应用于航空航天用部件、轴承、高速切削刀具等领域。目前，氮化硅陶瓷多使用传统烧结方式制备，如反应烧结、无压烧结、气压烧结、热压烧结、热等静压烧结等。然而传统烧结存在许多弊端，如设备和维护成本高昂；采用热辐射、热传导的加热方式会引起材料内的温度梯度较大，材料内部容易产生残余应力；制备周期长，效率低，不利于材料的批量生产等。微波烧结作为一种高效、节能、环保的新型烧结方式，引起了很多学者的关注和研究。
目前，氮化硅陶瓷材料的微波烧结工艺仍不完善，且仍停留在单相氮化硅材料的制备阶段，所制备的氮化硅陶瓷力学性能还有待提高。
本成果提供了一种氮化硅基复合陶瓷材料，以微波介质做热源，在氮气气氛保护下，通过优化组分配比、烧结温度、保温时间等工艺参数，采用微波烧结技术，以较快的升温速率制备得到。本发明制备的陶瓷材料不但具备较高的硬度，同时还有良好的韧性，综合性能最高的样品硬度达到***±***，韧性达到***±***。
成果亮点
1、在微波烧结中采用碳化硅片辅助加热取代传统的埋粉辅助烧结，减小材料在烧结过程中的内部温度梯度，简化了制备流程，提高了其生产效率，降低生产成本；
2、通过优化烧结工艺，添加合适含量的增强增韧相和金属相采用微波烧结技术制备出了具有优良力学性能的氮化硅复合陶瓷材料，综合性能最高的样品硬度达到***±***，韧性达到***±***，与已报道微波烧结的氮化硅陶瓷材料相比硬度提高了***％左右，断裂韧性提高了***％左右。
团队介绍
殷增斌，南京理工大学机械工程学院制造工程及自动化系教授，研究方向：智能刀具设计制造应用、微波高效烧结技术与装备、加工状态识别与智能监测。主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年基金、等国家、省部级项目5项，主持南京理工大学项目3项，主持重点实验室开放基金3项，参与项目3项；发表论文42篇，CSSCI收录论文1篇；申请发明专利14项，授权发明专利8项。
袁军堂，南京理工大学机械工程学院教授，研究方向：汽车、摩托车关键零部件开发设计与制造技术。作为负责人承担国家自然科学基金、国家重大科技专项、国防预研项目。发表学术论文、教学研究论文40余篇。获专利授权2项。
汪振华，南京理工大学机械工程学院副教授，研究方向：难加工材料先进加工技术与装备；机械结构数字化设计与制造技术；先进陶瓷/涂层刀具研制；机械结构振动测试、分析与控制技术。主持项目有国家自然科学基金（青年类）、江苏省自然科学基金、2011年高等学校博士学科点专项科研基金（新教师类）和中国博士后科学基金第五十批面上资助，参与2项“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项。已发表论文20篇,SCI和EI收录12篇。
成果资料
产业化落地方案
成果综合评价报告
评价单位：“科创中国”军工安防与应急产业科技服务团 (中国兵工学会) 评价时间：2022-11-18
潘明财
南京理工大学
博士
综合评价
该成果研发了一种氮化硅基复合陶瓷材料及其微波烧结制备方法，通过微波烧结技术制备出了具有优良力学性能的氮化硅复合陶瓷材料，对传统陶瓷微波烧结行业有一定的引领性作用，技术创新性较强，且技术成熟，投资回报比较可靠，目标市场处于成长阶段，但该市场很快会出现多种技术路线，产品竞争会很激烈。
另外，因在产品产量的稳定性方面论证不足，需要进一步优化组分配比、烧结温度、保温时间等工艺参数。
总体而言，该项目技术思路方向很好，未来市场空间大，转化成熟度很高，值得支持推广。建议强化相应产品开发，加大产业链开发力度。
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