一种新型热喷涂氮化硅粉体的制备方法

技术领域

本发明属于无机材料的制备技术领域，更具体地说，尤其涉及一种新型热喷涂氮化硅粉体的制备方法。

背景技术

氮化硅是一种无机物，化学式为Si3N4。它是一种重要的结构陶瓷材料，硬度大，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。

在等离子喷涂制备氮化硅的涂层的时候，由于焰流温度很高，最高可达20000K，而氮化硅在温度高于1400℃时会与空气中的氧反应而分解难以沉积涂层。

目前市场未见能可直接用于等离子喷涂涂层用的氮化硅粉体。

本发明的目的是提供一种可用等离子喷涂用的，耐腐蚀、抗磨损、高硬度的氮化硅基陶瓷粉末。

发明内容

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供了包覆型氮化硅喷涂粉体的制备方法，该方法包括以下步骤：包括以下步骤：

S1、将氮化硅粉末分散到去离子水中，持续搅拌形成氮化硅悬浮液，控制悬浮液浓度以氮化硅计为350～750g/L，加入无机碱控制悬浮液pH值至9.0～11.0，得悬浮液A；

S2、将悬浮液A加至75～95℃，持续、剧烈搅拌下加入原硅酸和无机碱，控制悬浮液pH值至8.0～11.0，老化5～15h，得悬浮液B；

S3、加纯水调节悬浮液B温度至45～75℃，加入无机酸和偏铝酸钠，或加入无机酸、偏铝酸钠、硫酸铝和无机碱，控制终点pH值至6.0～10.0，老化5～10h，包覆完成。

优选的，所述S2中，将悬浮液加热至80～90℃；所述原硅酸的加入量以SiO2计为氮化硅重量的1.5～3.5％；所述无机碱的加入量为控制悬浮液pH值至8.0～11.0；加入原硅酸和无机碱的总时间为2～4h。

优选的，所述S3中，调节悬浮液B温度至65～75℃；加料和调节pH的总时间为1～2h。

优选的，所述S3中，当加入无机酸和偏铝酸钠时，偏铝酸钠的加入量以Al2O3为原料氮化硅重量的1～3％，无机酸的加入量为控制浆料pH值至6.0～10.0。

优选的，所述S3中，当加入无机酸、偏铝酸钠、硫酸铝和无机碱时，加料步骤为加入无机酸，控制pH至2.5～3.5，再加入偏铝酸钠，控制pH至9.5～10.5，然后加入硫酸铝，控制pH至4.5～5.5，最好加入无机碱，控制终点pH至6.0～10.0。

优选的，所述S3中，偏铝酸钠和硫酸铝的总加入量以Al2O3为氮化硅初品中氮化硅重量的1～3％。

优选的，所述S3中，所述无机酸为硫酸、盐酸中的至少一种；优选质量浓度为5～10％的盐酸。

优选的，所述S3中，所述偏铝酸钠的浓度为100～300g/L的低碱度偏铝酸钠。

优选的，所述无机碱为氨水、氢氧化钠中的至少一种；优选质量浓度为10～20％的氢氧化钠溶液。

优选的，还包括S4，将包膜完成的氮化硅悬浮液进行过滤、洗涤、干燥、粉碎、筛分。

本发明的技术效果和优点：本发明的方法创造性的将氮化硅喷涂粉末进行表面包覆处理，包覆效果均匀致密，在等离子喷涂过程中有效的隔绝了氮化硅与氧的反应，氮化硅不再分解，同时能提高等离子喷涂氮化硅的沉积效率，显著降低涂层的孔隙率，为扩展氮化硅涂层的应用提供了一种新途径；本发明方法操作简单，生产工艺劳动强度低，成本低，值得推广应用。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

一种新型氮化硅喷涂粉体的制备方法，该方法包括以下步骤：

第1步、将氮化硅初品粉末分散到去离子水中，持续搅拌形成悬浮液，控制悬浮液浓度以氮化硅计为350～750g/L，加入无机碱控制悬浮液pH值至9.0～11.0，得悬浮液A；

第2步、将悬浮液A加至75～95℃，持续、剧烈搅拌下加入原硅酸和无机碱，控制悬浮液pH值至8.0～11.0，老化5～15h，得悬浮液B；

第3步、加去离子水调节悬浮液B温度至45～75℃，加入无机酸和偏铝酸钠，或加入无机酸、偏铝酸钠、硫酸铝和无机碱，控制终点pH值至6.0～10.0，老化5～10h，包覆完成。

氮化硅初品可以是烧结破碎法生产的氮化硅粉末、电熔破碎法和平的氮化硅粉末或团聚烧结工艺生产的氮化硅粉末。为了提高包覆效率，避免杂质元素带入，将其加入水中持续搅拌形成悬浮液至浓度以氮化硅计为350～750g/L，加入无机碱控制浆料pH值至9.0～11.0，使样品均匀分散，避免硅酸钠沉淀速率过快；优选的，水的纯度不低于去离子水。

步骤2中，将A加热至75～95℃，向氮化硅悬浮液中加入原硅酸和无机碱，加料方式可采用顺流加料：先将所有所需的原硅酸一次性加入到氮化硅悬浮液中，再逐步加入无机碱，反之也可；也可采用并流加料：将原硅酸和无机碱同时加入到氮化硅悬浮液中；加入原硅酸和无机碱的总时间为2～4h；所述原硅酸的加入量以SiO2计为氮化硅初品中氮化硅重量的1.5～3.5％；所述无机碱的加入量为控制pH值至8.0～11.0；优选的，将浆料加热至80-90℃。

步骤3中，将B温度调节至45～75℃后，有两种不同的加料方式：其一，同时加入无机酸和偏铝酸钠，偏铝酸钠，偏铝酸钠的加入量以Al2O3为氮化硅初品中氮化硅重量的1～3％，无机酸的加入量为控制浆料pH值至6.0～10.0；其二，加入无机酸，控制pH至2.5～3.5，再加入偏铝酸钠，控制pH至9.5～10.5，然后加入硫酸铝，控制pH至4.5～5.5，最好加入无机碱，控制终点pH至6.0～10.0；步骤C中，加料和调节pH的总时间为1～4h；偏铝酸钠和硫酸铝的总加入量以Al2O3为氮化硅初品中氮化硅重量的1～3％；所述偏铝酸钠的浓度为100～300g/L的低碱度偏铝酸钠。

本发明方法中，所使用的无机酸为硫酸、盐酸中的至少一种；优选质量浓度为5～10％的盐酸；所使用的无机碱为氨水、氢氧化钠中的至少一种；优选质量浓度为10～20％的氢氧化钠溶液。

实际生产中，本发明方法还可以包括步骤4，将包膜完成的氮化硅悬浮液进行过滤、洗涤、干燥、粉碎、筛分。

实施例1：

(1)将500g氮化硅初品加入到去离子水中，高速搅拌，悬浮液浓度控制在500g/L(以氮化硅计)，加入10％(质量分数)的NaOH溶液，控制pH值在9.5，pH控制氢氧化钠加入量，得悬浮液A；

(2)将悬浮液A升温到85℃，同时加入原硅酸和10％(质量分数)的NaOH溶液，原硅酸的加入量(以SiO2计)为氮化硅初品中氮化硅重量的3％，控制pH值在9.5，pH控制氢氧化钠加入量，加料时间为120min，加完后老化150min，得浆料B；

(3)调节浆料B温度至60℃，向浆料b中并流加入200g/L的低碱度偏铝酸钠和6％的盐酸，偏铝酸钠的加入量(以Al2O3)为氮化硅初品中氮化硅重量的2％，控制pH在9.0，90min内加完，老化120min，包膜完成；

(4)将包膜完成的物料进行过滤、洗涤、干燥、粉碎、筛分得新型氮化硅喷涂粉末。

实施例2：

(1)将700g氮化硅初品加入到去离子水中，高速搅拌，悬浮液浓度控制在700g/L(以氮化硅计)，加入10％(质量分数)的NaOH溶液，控制pH值在9.5，pH控制氢氧化钠加入量，得悬浮液A；

(2)将悬浮液A升温到90℃，同时加入原硅酸和10％(质量分数)的NaOH溶液，原硅酸的加入量(以SiO2计)为氮化硅初品中氮化硅重量的2％，控制pH值在9.5，pH控制氢氧化钠加入量，加料时间为100min，加完后老化120min，得浆料B；

(3)调节浆料B温度至70℃，向浆料b中并流加入200g/L的低碱度偏铝酸钠和6％的盐酸，偏铝酸钠的加入量(以Al2O3)为氮化硅初品中氮化硅重量的3％，控制pH在9.0，120min内加完，老化150min，包膜完成；

(4)将包膜完成的物料进行过滤、洗涤、干燥、粉碎、筛分得新型氮化硅喷涂粉末。

综上所述：本发明的方法创造性的将氮化硅喷涂粉末进行表面包覆处理，包覆效果均匀致密，在等离子喷涂过程中有效的隔绝了氮化硅与氧的反应，氮化硅不再分解，同时能提高等离子喷涂氮化硅的沉积效率，显著降低涂层的孔隙率，为扩展氮化硅涂层的应用提供了一种新途径；本发明方法操作简单，生产工艺劳动强度低，成本低，值得推广应用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。