氮化硅基多孔陶瓷的制备技术、孔隙结构及其相关性能

氮化硅多孔陶瓷是近年来得到广泛关注的一类新型的结构?功能一体化陶瓷材料,在航空航天、机械、化工、海洋工程等重要领域有着广阔的应用前景。本文介绍了氮化硅基多孔陶瓷的主要制备技术,回顾了氮化硅基多孔陶瓷力学性能和介电性能的研究进展。考虑到高孔隙率氮化硅基多孔陶瓷力学性能难以提高,磷酸盐结合氮化硅基多孔陶瓷已经逐渐成为新的研究热点,因此,本文进一步对磷酸盐结合氮化硅基多孔陶瓷的制备技术、力学性能、介电性能、热学性能进行了综合评述,并对氮化硅基多孔陶瓷的应用前景进行了展望。     

多孔氮化硅陶瓷透波材料研究进展

多孔氮化硅陶瓷透波材料具有优异的机械性能、耐热性能及介电性能,成为透波材料科学研究领域中的热点之一。本文介绍了多孔氮化硅陶瓷的主要制备技术,并对国内外多孔氮化硅陶瓷透波材料的应用研究进展进行了综述。     

氮化硅多孔陶瓷制备国内专利技术综述

多孔氮化硅陶瓷材料因其能够充分发挥氮化硅陶瓷和多孔陶瓷两者的优异性能,广泛应用于机械、化工、海洋工程、航空航天等重要领域。制备孔隙率和孔隙结构可控、高强度、低介电常数的氮化硅多孔陶瓷是实现其应用的关键。本文在检索了大量国内专利文献的基础上,对氮化硅多孔陶瓷制备技术信息进行统计和分析,并对其未来技术发展进行了预测。     

氮化硅基多孔陶瓷的制备与应用进展

多孔氮化硅陶瓷具有优异的抗氧化、抗热震、低介电常数和介电损耗、高孔隙率、优良的机械力学和耐酸碱腐蚀等性能,备受国内研究者的青睐。分析多孔氮化硅陶瓷的制备方法和应用领域的研究进展,展望了多孔氮化硅陶瓷的研究方向。     

多孔氮化硅陶瓷的制备及应用现状

综述了多孔氮化硅陶瓷目前的研究进展,介绍了添加造孔剂法,成型和烧结工艺中造孔法,干燥及其它工艺造孔法等方法制备多孔氮化硅陶瓷,最后展望了多孔氮化硅陶瓷在催化剂载体,气体过滤器以及航空透波材料等领域的应用。     

凝胶注模技术制备高强度多孔氮化硅陶瓷

采用凝胶注模技术和无压烧结工艺制备高孔隙率、高强度多孔氮化硅陶瓷。研究了浆料固相含量对多孔氮化硅陶瓷坯体相对质量损失和收缩率的影响,测定了材料在烧结前后的物相组成,分析了浆料固相含量对多孔氮化硅陶瓷显微结构、孔隙率、弯曲强度及断裂韧性的影响。结果表明:随浆料固相含量增大,坯体相对质量损失率和收缩率减小,烧结后的多孔氮化硅陶瓷孔隙率由65.24%减小到61.19%;而弯曲强度和断裂韧性分别由93.91MPa和1.48MPa·m1/2提高到100.83MPa和1.58MPa·m1/2。长棒状β-Si3N4晶粒无规律的交错搭接和相互咬合是多孔氮化硅陶瓷在保持高孔隙率的同时具有高强度的主要原因。     

多孔氮化硅微观组织结构对力学性能的影响

通过添加造孔剂苯甲酸,利用气氛压力烧结技术制备出了不同气孔率(40%～70%)的多孔氮化硅陶瓷,研究了显微结构对材料力学性能的影响;通过分析发现发育较好的长柱状β-氮化硅晶粒保证了材料获得良好的室温力学性能;而材料密度低、晶粒发育不完全是多孔氮化硅陶瓷力学性能下降的主要原因。本文制备的多孔氮化硅断裂形式为沿晶和穿晶断裂模式,当陶瓷气孔率为52%时,弯曲强度为195MPa。     

多孔氮化硅陶瓷作为罩体材料的应用研究

多孔氮化硅陶瓷由于其良好的弯曲强度、介电性能在航天航空领域得到了广泛应用。本文对多孔氮化硅陶瓷作为罩体材料的应用进行研究,对其作为防热承力材料进行温度场计算及试验研究,通过仿真及试验研究得出,多孔氮化硅陶瓷作为罩体材料耐热温度达到1400℃,热结构匹配及抗热震性能良好,能够满足某高速飞行器的使用要求。     

多孔氮化硅陶瓷制备及其性能研究进展

多孔氮化硅(Si_3N_4)陶瓷由于具有优异的力学性能、良好的抗热震和低介电常数等特点,在极端力/热环境下具有很大的应用潜力。研究表明:不同的制备工艺对多孔氮化硅陶瓷晶粒尺寸、微结构有很大影响,从而影响材料的力学性能;介电性能受气孔率、相组成影响;渗透率受气孔率、气孔尺寸、弯曲度的影响。综述了多孔Si_3N_4陶瓷的烧结工艺、成型工艺及其相关性能研究,并结合目前的研究热点,指出了未来多孔氮化硅陶瓷研究的发展方向。     

碳热还原法制备氮化硅的研究进展

本文分析了碳热还原合成氮化硅的反应机理,综述了用碳热还原制备氮化硅粉末和多孔氮化硅陶瓷的研究现状和进展,阐述了碳热还原法现有问题,并展望了用碳热还原法制备氮化硅的发展.     

氮化硅陶瓷在四大领域的研究及应用进展

氮化硅陶瓷不仅具有较高的力学性能还具有良好的透波性能、导热性能以及生物相容性能,是公认的综合性能最优的陶瓷材料。作为轴承球的致密氮化硅陶瓷广泛应用在机械领域;作为透波材料的多孔氮化硅陶瓷广泛应用在航空航天领域;随着对氮化硅陶瓷材料的深入研究,其在导热性和生物相容性方面的优异特性逐渐被科研工作者认识并得到开发和应用。本文详细阐述了氮化硅粉体的制备方法,并综述了氮化硅陶瓷作为结构陶瓷在机械领域和航空航天领域的研究进展,此外还介绍了其作为功能陶瓷在半导体领域、生物制药领域的研究和应用现状,最后对其未来发展进行了展望。     

Hierarchical Structure of Porous Silicon Nitride Ceramics with Aligned Pore Channels Prepared by Ice‐Templating and Nitridation of Silicon Powder

A unique hierarchical porous structure of silicon nitride ceramic with 76.5% porosity is fabricated by combining an ice‐templating method and nitridation for a silicon powder. The porous silicon nitride ceramics were composed of a lamellar structure with aligned pore channels and ceramic walls filled with fibrous whiskers. This study is focused on the influences of freezing rate on the microstructures and properties of the silicon nitride ceramics. The properties were characterized by compressive strength and gas permeability, which were shown to vary with controlled microstructure. The compressive strength and the permeability reached up to 32.2 MPa and 0.035^?12 m², respectively.     

High performance porous Si3N4 ceramics prepared by coated pore-forming agent method

Coated pore-forming agent method (CPFAM) was introduced to improve the pore-forming agent method (PFAM) for the preparation of porous silicon nitride ceramics. Using SEM in combination with measurements of porosity and flexural strength, it has been found that the flexural strength of the porous silicon nitride ceramics produced with the CPFAM method is significantly higher than those without the coating process: a 100% increase in flexural strength for samples with a porosity of 50%. The porous silicon nitride ceramics also have a very low dielectric constant, which is ideal for applications in wave-transmitting systems. The enhanced mechanical strength of the silicon nitride made by the CPFAM method is a result of a more uniform distribution of the spherical pores and the formation of a dense layer of rod-like microstructures near the surface of the pores.     

多孔石英基体上CVD法沉积氮化硅涂层的工艺、结构与性能研究

以甲硅烷(20％甲硅烷+80％氢气)和氨气作为反应前驱体,选择孔隙率为20％左右的多孔石英陶瓷基体,采用CVD法在多孔石英基体表面制备了氮化硅涂层.研究了沉积反应温度、反应压力、反应气体配比以及沉积时间等工艺参数对附着力的影响,确定了CVD法制备氮化硅涂层的最佳工艺参数,通过对所得涂层及复合材料进行抗弯强度和介电性能的表征,探讨了氮化硅涂层对多孔石英基体力学性能和介电性能的影响.     

Microstructure control and mechanical properties of porous silicon nitride ceramics

Porous silicon nitride ceramics with a fibrous interlocking microstructure were synthesized by carbothermal nitridation of silicon dioxide. The influences of different starting powders on microstructure and mechanical properties of the samples were studied. The results showed that the microstructure and mechanical properties of porous silicon nitride ceramics depended mostly on the size of starting powders. The formation of single-phase β-Si₃N₄ and the microstructure of the samples were demonstrated by XRD and SEM, respectively. The resultant porous Si₃N₄ ceramics with a porosity of 71% showed a relative higher flexural strength of 24 MPa.     

氮化硅陶瓷的熔盐腐蚀研究进展

氮化硅陶瓷具有优良的高温性能,广泛应用于各种高温部件中,但由于在高温时氮化硅在热力学上不稳定,易和环境介质反应产生腐蚀失效,因此氮化硅陶瓷抗腐蚀性能研究近年越来越得到重视。本文简述了氮化硅陶瓷熔盐腐蚀的背景及腐蚀性能测试方法,对氮化硅陶瓷在多种钠盐中的熔盐腐蚀机理、动力学研究等进行归纳总结,并对今后提高氮化硅陶瓷抗腐蚀性能研究提出了建议。     

不同铝源对SiC/堇青石复相多孔陶瓷的制备及性能影响

以碳化硅、氮化铝、层析氧化铝、氢氧化铝、氟化铝、滑石为主要原料,石墨为造孔剂通过原位反应烧结技术制备碳化硅/堇青石复相多孔陶瓷.研究了含铝化合物种类、烧结温度、石墨含量对SiC/堇青石复相多孔陶瓷相组成、微观结构、气孔率和抗折强度的影响,同时对S0组在1200℃烧结温度下制得的SiC/堇青石复合多孔陶瓷的孔径分布进行了测试分析.结果表明:以AlN为铝源在1200℃下烧结,石墨含量在15％时,堇青石结合SiC多孔陶瓷的抗弯强度和气孔率两项综合性能达到最优,气孔率为31.99％,相应的弯曲强度86.20 MPa.S0组的平均孔径大小在3.0191 μm.     

Porous Silicon Nitride Ceramics Prepared by Reduction–Nitridation of Silica

A new method for preparing porous silicon nitride ceramics with high porosity had been developed by carbothermal reduction of die-pressed green bodies composed of silicon dioxide, carbon, sintering additives, and seeds. The resultant porous silicon nitride ceramics showed fine microstructure and uniform pore structure. The influence of SiO₂ particle size and sintering process (sintering temperature and retaining time) on the microstructure of sintering bodies was analyzed. X-ray diffractometry demonstrated the formation of single-phase β-Si₃N₄ via the reaction between silicon dioxide and carbon at high temperature. SEM analysis showed that pores were formed by the banding up of rod-like β-Si₃N₄ grains. Porous Si₃N₄ ceramics with a porosity of 70–75%, and a strength of 5–8 MPa, were obtained.     

氮化硅陶瓷牙科修复材料研究进展

氮化硅具有比氧化铝、氧化锆等牙科陶瓷修复材料更好的力学性能、化学稳定性和生物相容性,已经用于生物骨科修复。近年来陆续有学者将氮化硅陶瓷引入到牙科修复领域,文章在介绍氮化硅陶瓷性能特点的基础上,综述了氮化硅陶瓷牙科种植体、氮化硅桩核冠及氮化硅饰面瓷的研究进展,并展望了氮化硅在牙科修复领域的未来研究方向。