无压烧结氮化硅陶瓷的研究

本文选用MgO-Al2O3作为复合添加剂，采用无压烧结，设计Si3N4-MgO-Al2O3系烧结体、Si3N4-SiC-MgO-Al2O3系烧结体，研究各种配方在不同忝型压力不同烧结条件下烧结体的性能，测定室温抗折强度、体积密度、体积变化和气孔率，通过X射线衍射分析鉴定烧结体的物相结构，从而确定了最佳工工艺范围。     

无压烧结氮化硅陶瓷的研究

本文选用ＭｇＯ—Ａｌ２Ｏ３作为复合添加剂，采用无压烧结，设计Ｓｉ３Ｎ４一ＭｇＯ—Ａｌ２Ｏ３系烧结体、Ｓｉ３Ｎ４—ＳｉＣ—ＭｇＯ—Ａｌ２Ｏ３系烧结体，研究各种配方在不同成型压力不同烧结条件下烧结体的性能，测定室温抗折强度、体积密度、体积变化和气孔率。通过Ｘ射线衍射分析鉴定烧结体的物相结构，从而确定了最佳工艺范围。     

添加Y2O3-Al2O3烧结助剂的氮化硅陶瓷的超高压烧结

以Y2O3-Al2O3体系为烧结助剂,在5.4～5.7 GPa,1 570～1 770K的高温高压条件下进行了氮化硅陶瓷的超高压烧结研究.用X射线衍射及扫描电镜对烧结样品进行了分析和观察,探讨了烧结温度及压力对烧结的陶瓷样品性能的影响.结果表明:得到的氮化硅由相互交错的长柱状β-Si3N4晶粒组成,微观结构均匀,α-Si3N4完全转变为β-Si3N4.经5.7GPa,1 770K且保温15min的超高压烧结,样品的相对密度达99.0%,Rockwell硬度HRA为99,Vickers硬度HV达23.3GPa.     

烧结助剂对氮化硅陶瓷热导率和力学性能的影响

以氮化硅(α相≥95%,平均粒径0.5μm)为原料,添加MgO–Y₂O₃为复合烧结助剂,采用气压烧结技术制备了β相高导热氮化硅陶瓷。研究和讨论了烧结助剂含量和比例对氮化硅陶瓷致密化过程、热导率、力学性能和显微结构的影响。结果表明:当烧结助剂添加量为5%MgO+4%Y₂O₃时,使用气压烧结在1 890℃烧结2 h,试样的热导率可达到85.96 W·m^–1K^–1,抗弯强度达到873 MPa,断裂韧性为8.39 MPa·m^1/2;在烧结过程中Y₂O₃与Si₃N₄反应形成化合物固定在晶界处,减少了固溶进氮化硅晶格中氧的含量,起到了净化氮化硅晶格的作用,提高了烧结试样的热导率;过量的MgO或Y₂O₃在烧结过程中形成的化合物残留在晶界处,降低了材料的力学性能和热导率。     

烧结助剂对反应烧结氮化硅陶瓷的影响

以Si粉和C粉为主要原料 ,在氮气流量为1.2L·min- 1,氮化温度为 1380℃ ,保温时间为 2 0h的条件下 ,研究了分别以 10wt%的MgO、Al、Al2 O3和Al2 O3+Y2 O3粉为烧结助剂对反应烧结氮化硅陶瓷的影响。结果表明 :以MgO粉作烧结助剂时 ,试样的主要成分是MgSiO3,另外还有Si2 N2 O ,但没有Si3N4 生成 ;以Al粉作烧结助剂时 ,试样的主要成分是SiO2 ,仅有少量Si3N4 存在 ;以Al2 O3作烧结助剂时 ,试样的主要成分是β Si3N4 和α Si3N4 ;以 2wt%Al2 O3+8wt%Y2 O3作烧结助剂时 ,试样的主要成分为 β Si3N4 ,同时含有少量α Si3N4 。     

烧结助剂对氮化硅陶瓷显微结构和性能的影响

氮化硅中氮原子和硅原子的自扩散系数很低，致密化所必需的扩散速度和烧结驱动力都很小，在烧结过程中需采用烧结助剂。烧结助剂是影响氮化硅陶瓷的显微结构和性能的关键因素之一。有效的烧结助剂不但可以改善氮化硅陶瓷的显微结构，而且可以提高氮化硅陶瓷的高温性能和抗氧化性能。     

无压烧结氮化硅陶瓷的物理性能研究

以α-Si₃N₄粉末为原料,Y₂O₃和MgAl₂O₄体系为烧结助剂,采用无压烧结方式,研究了烧结温度、保温时间、烧结助剂含量以及各组分配比对氮化硅致密化及力学性能的影响。结果表明:以Y₂O₃和MgAl₂O₄为烧结助剂体系,氮化硅陶瓷在烧结温度为1 600 ℃,保温时间为4 h,烧结助剂含量为12.5%(质量分数),Y₂O₃和MgAl₂O₄质量比为1∶1时,综合性能最好;氮化硅陶瓷显气孔率为0.21%,相对密度为98.10%,抗弯强度为598 MPa,维氏硬度为15.55 GPa。     

低温无压烧结氮化硅陶瓷的相变及致密化研究

采用氧化铝（Al2 O3）和氧化钇（Y2 O3）为烧结助剂,利用无压烧结工艺在低温下制备氮化硅陶瓷材料。利用XRD和SEM等着重研究了无压烧结氮化硅陶瓷低温阶段时的物相组成及其致密化。结果表明：当添加剂含量为10％,烧结温度高于1430℃时,α→β相转变较快;当烧结温度达到1510℃时,α相全部转变为β相。     

常压烧结氮化硅陶瓷的研究

本文研究了常压烧结Si3N4-MgO-Y2O3-La2O3系Si3N4陶瓷。测试了材料的密度和力学性能．分析了其物相组成和显微结构。研究表明：MgO—Y2O3-La2O3组成的复合烧结助剂能有效降低Si3N4的烧结温度、促进Si3N4的致密化，其烧结机理为液相烧结；随着La2O3与Y2O3比（La2O3：Y2O3）的增加，材料的致密度、强度、硬度和断裂韧性都先增加后减小，当La2O3：Y2O3=1：1时达到最大值。     

烧结技术与氮化硅陶瓷显微结构研究

以文以编号为ＳＰＮ氮化硅与编号为Ｍ２０，Ｍ５０的Ｓｉａｌｏｎ材料为例在无压烧结，气烧结和热等静压烧结等工艺条件下进行烧结，测试了材料性能，用ＳＥＭ，ＥＭ和Ｘ衍射等分析手段观察材料的显微结构和相组成，及其对材料性能的影响进行了讨论。     

烧结助剂对多孔氮化硅陶瓷的力学性能及介电性能的影响

通过添加烧结助剂,采用常压烧结工艺制备出不同气孔率(19%～54%)的氮化硅陶瓷.采用Archimedes法、三点弯曲法和Vickers硬度测试法测量了材料的密度、气孔率、抗弯强度及硬度.用X射线衍射及扫描电镜检测了相组成和显微结构.用谐振腔法测试了氮化硅陶瓷在10.2 GHz的介电特性.结果表明:材料具有优良的介电性能.随着烧结助剂的减少,样品中气孔率增加,力学性能有所下降,介电常数和介电损耗降低.添加Lu2O3所制备的氮化硅陶瓷的力学性能和介电性能优于添加Eu2O3或Y2O3制备的氮化硅陶瓷.当气孔率高于50%时,多孔氮化硅陶瓷(添加入5%的Y2O3或Lu2O3,或Eu2O3,质量分数)的抗弯强度可达170 MPa,介电常数为3.0～3.2,介电损耗为0.000 6～0.002.     

立方氮化硅粉体的超高压烧结特性

以冲击波合成的立方氮化硅(γ-Si3N4)粉体为原料,添加Y2O3-Al2O3-La2O3系烧结助剂,进行了超高压烧结,研究了在不同烧结温度与压力下,烧结样品的相对密度、力学性能、物相变化及显微结构.经5.4～5.7 GPa和1670～1770 K,保温保压15 min超高压烧结后,烧结制备的氮化硅陶瓷主要由长柱状晶粒组成,显微结构均匀,y-Si3N4已完全转化为β-si3N4.烧结样品的最高相对密度与Vickers硬度分别为99.16%,23.42GPa.     

无压烧结制备纳米复合碳化硅陶瓷

以水基喷雾造粒而成含5%(质量分数)纳米氮化钛(TiN)颗粒的碳化硅(SiC)造粒粉为原料,采用无压烧结制备纳米复合SiC陶瓷。分析了烧结温度及保温时间对复合陶瓷烧结特性与显微结构的影响规律。结果表明:采取二步烧结可以实现SiC陶瓷在晶粒不明显长大的前提下实现致密化,二步烧结,即先升温到1950℃保温15min后迅速降至1850℃烧结1h,制备的SiC陶瓷具有较高收缩率、较低质量损失以及较高的致密度;纳米TiN颗粒加入后能与基体(SiC,Al2O3)部分发生反应生成TiC和AlN,明显改善SiC陶瓷的烧结性能,获得等轴状、细晶显微结构和优越的力学性能。     

混料方式对氮化硅陶瓷力学性能和显微结构的影响

借助扫描电镜、透射电镜、高分辨电镜、能量分散X射线等分析手段,研究了无压烧结氮化硅陶瓷材料的力学性能和显微结构,着重比较了粉料混合方式对材料力学性能和显微结构的影响。研究结果表明:行星式球磨机强化球磨混料可以有效地改善陶瓷粉料的混和效果,使烧结助剂均匀分布,抑制了晶粒的异常长大,有利于均匀结构的形成,力学性能也有不同程度的提高,而采用普通球磨混料方式制备的材料在局部区域产生晶粒异常长大情况。强化球磨混料制备氮化硅陶瓷的弯曲强度高达1.06GPa,Rockwell硬度达92,Vickers硬度达14.2GPa,断裂韧性达6.6MPa·m1/2。     

碳热还原-常压烧结法制备多孔氮化硅陶瓷

采用SiO2和α-Si3N4在氮气中通过碳热还原-常压反应烧结法,原位反应制备了氮化硅多孔陶瓷.由于反应中存在大量的质量损失,烧结的制品为高气孔的材料.通过改变原料中α-Si3N4与SiO2和C粉的相对含量,可以形成具有细小针状结构的β-Si3N4晶粒,以此获得气孔率可控的高性能的多孔氮化硅材料.随着原料中α-Si3N4含量的增大,烧结后,样品的总质量损失逐渐减小,收缩率逐渐降低,气孔率逐渐减小,弯曲强度逐渐增大.当α-Si3N4的质量分数为50%时,碳热还原-常压反应烧结的样品中的β-Si3N4晶粒具有更高的长径比,样品气孔率为68.7%,具有优良的力学性能,弯曲强度达到37.7MPa.     

半透明氮化硅陶瓷的放电等离子烧结制备及性能

用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)技术,以质量分数(下同)为9%氮化铝(A1N),3%氧化镁(MgO)为烧结助剂,在1850℃烧结5min,成功制备了半透明氮化硅(Si3N4)陶瓷.半透明Si3N4陶瓷在中红外波段表现出良好的透过率,最大透过率为66.4%.SPS的快速致密化过程保证了烧结体具有良好的晶体结构,有利于提高透过率.SPS快速的烧结过程和A1N和MgO的加入能够有效抑制烧结过程中Si3N4陶瓷由α相向β相的转变,是制备光学性能良好的Si3N4陶瓷的关键.报道了半透明Si3N4陶瓷的其他性能.光学性能与其他性能的结合,势必大大拓宽Si3N4陶瓷的应用领域.     

氮化硅陶瓷的烧结

氮化硅陶瓷广泛用作高温结构材料,是很有前途的陶瓷材料之一。本文研究了氮化硅陶瓷烧结动力学,分析了影响氮化硅陶瓷烧结的因素,为氮化硅陶瓷烧结提供了依据     

氮化硅陶瓷的热疲劳特性

在急冷法热疲劳下,热压氮化硅青瓷的机械性能发生了较大幅宣的衰减,材料的抗折强度衰减大于断裂韧性衰减。由于温度对裂纹生长的促进作用,经过多次急冷热循环,材料高温性能,无论强度还是断裂韧性衰减都大于常温性能衰减。热疲劳使材料内部的显微结构发生了显著变化。     

烧结工艺对Si_3N_4/TiC纳米复合陶瓷材料微观结构及力学性能的影响

以La2O3和Y2O3作为复合烧结助剂,采用热压烧结法制备了Si3N4基复合陶瓷材料。研究了保温时间和烧结助剂含量对复合材料微观结构及力学性能的影响。研究表明:所制备的Si3N4/TiC陶瓷复合材料的微观结构呈现纵横交错、相互嵌套的结构,晶粒尺寸呈现明显的双峰分布特征,单位面积内晶粒数量与烧结助剂含量之间呈线性降低关系。当烧结助剂质量含量为8%时,该复合陶瓷材料具有最优的力学性能,其抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度分别达到943MPa,8.38MPa·m1/2和16.67GPa。