无压烧结制备氧氮化硅陶瓷

以β－Si3N4和ＳiO2粉末为原料,以ＭgAl2O4为烧结添加剂,通过无压烧结制备出致密的Ｓi2N2O陶瓷材料,所得材料由柱状Ｓi2N2O颗粒和少量β－Si3N4颗粒复合组成,研究了烧结温度对材料显微结构的影响,发现材料的断裂大部分是穿晶断裂。     

无压烧结氮化硅陶瓷的力学性能和显微结构

以MgO-Al₂O₃-SiO₂为烧结助剂,借助XRD、SEM、TEM、EDS、HRTEM等手段,研究了无压烧结氮化硅陶瓷材料的力学性能和显微结构,着重探讨了材料制备工艺、力学性能和显微结构之间的关系,通过调整制备工艺改善材料微观结构以提高材料的力学性能.强化球磨混合的试样经1780℃无压烧结3h后,抗折强度高达1.06GPa,洛氏硬度92,显微硬度14.2GPa,断裂韧性6.6MPa·m^0.5.材料由长柱状β-Si₃N₄晶粒组成,晶粒具有较大的长径比,长柱晶的近圆晶粒尺寸0.3-0.8μm,长度3-6μm,长径比约7-10,显微结构均匀.     

无压烧结制备氮化硼复合陶瓷的研究进展

六方氮化硼(Hexagonal boron nitride,h-BN)是一种优良的高性能结构陶瓷,在现代材料科学中显示出潜在的使用价值。现代科学技术的发展对陶瓷的低成本、高性能提出了更高的要求。以氮化硼复合陶瓷的研究现状为线索,综述了无压烧结法制备氮化硼复合陶瓷的工艺过程以及研究成果。最后,提出了目前存在的问题和可能解决的途径。     

氮化硅陶瓷自增韧技术进展

较详细地评述了自韧Si₃N₄研究的发展过程及国内外研究现状,讨论了自韧Si₃N₄研究的主要内容,指出了存在的问题及发展趋势.      

Si3N4／SiC纳米复合陶瓷的微观结构

利用ＪＥＭ２０００ＥＸⅡ高分辨电镜和ＨＦ２０００冷场发射枪透射电镜对Ｓｉ３Ｎ４ＳｉＣ纳米笔合陶瓷材料的微观组织，结构和成分进行了研究。结果表明，ＳｉＣ颗粒弥散分布基体相β－Ｓｉ３Ｎ４晶内和晶界，晶内ＳｉＣ颗粒与基体相的界面结构有三种类型；１）直接结合的的界面；２）完全非晶态的界面；３）混合型的界面，晶间ＳｉＣ颗粒与基体相的界面大部分是直接结合的。     

含有定向生长颗粒的氮化硅陶瓷的研究进展

简单介绍了氮化硅陶瓷的性质，其中通过加入第二相晶种或者自增韧形成的含有定向生长颗粒的氮化硅陶瓷具有优良的力学和热学性能，可以克服传统氮化硅陶瓷的脆性。同时介绍了制备这种陶瓷的加工工艺和国内外的研究现状。     

利用传统电炉低温烧结致密Si3N4陶瓷

Si3N4陶瓷具有高硬度、高耐磨以及高抗弯强度等优异特性,常常被应用于冶金、化工以及航空航天等现代化领域.Si3 N4的强共价键使其难以致密化,因此热压烧结和气压烧结是目前制备致密Si3 N4陶瓷最常见的方法.然而极高的烧结温度以及较大的N2压力需求等极其苛刻的制备条件限制了致密Si3 N4陶瓷的基础探索研究和工业化生产应用.因此,本工作提出设计以传统空气电炉作为烧结装置,通过埋碳低温制备致密Si3 N4陶瓷,研究该工艺条件下实验用坩埚、填埋Si3 N4粉体以及烧结试样的物相变化和微观结构,结果表明:(1)Si3 N4的分解使得坩埚表层生成不规则的SiC纤维堆积,较低的氧分压使所埋Si3 N4粉体经烧结后仍存在较多Si3 N4和少量Si2 N2 O;(2)烧结后的试样仅表面存在少量Si2 N2 O,而试样内部并未出现Si2 N2 O相;(3)1650℃低温烧结后试样致密度达到98％以上,显微组织均匀,且具有良好的性能.     

仿生制备多孔氮化硅陶瓷

以松木炭化后形成的多孔木炭为模板,经Y2O3/SiO2混合溶胶浸渍生物碳模板形成Y2O3/SiO2/C复合体,在高压氮气氛下(0.6MPa),1600°C碳热还原氮化制备出牛物形态多孔氮化硅陶瓷.借助XRD、SEM研究了烧结助剂、烧结温度、反应时间和烧结气氛对烧结产物显微结构和晶相的影响,探讨了多孔Si3N4陶瓷的反应过程和机理.结果表明,多孔si3N4陶瓷是由主晶相β-Si3N4和少量晶间玻璃相YsSi4n4O14组成;多孔Si3N4不仅保留了松木的管胞结构,还在孔道中生长出纤维状形貌的β-Si3N4颗粒;Si3N4的反应烧结过程包括α-Si3N4的形成、晶形转变(α-β相变)和晶粒生长三个阶段.在1450°C烧结的机理是气-固和气-气反应机理,在1600°C通过液相烧结的溶解-沉淀机理形成纤维状的多孔Si3N4陶瓷.     

烧结助剂对Si3N4/BN层状复合陶瓷结构与性能的影响

研究了MgO—Y2O3—Al2O3体系(相应的层状复合陶瓷试样记为A)、Y2O3—Al2O33体系(相应的层状复合陶瓷试样记为B)及La2O3—Y2O3—Al2O3体系(相应的层状复合陶瓷试样记为C)烧结助剂对Si3N4／BN层状复合陶瓷结构与性能的影响．研究表明：在相同的烧结工艺下，试样A、B、C的抗弯强度分别为700、630、610MPa，断裂功分别为2100、1600、3100J／m^2．试样A、B以脆性断裂为主，裂纹偏转现象不明显，而试样C的载荷-位移曲线显示了明显的“伪塑性”特征，裂纹的偏转与扩展现象明显．试样A中Si3N4晶粒大小不均且长径比较小，而试样C中长柱状Si3N4晶粒发育完善，有较大的长径比．     

反应烧结Si3N4透波陶瓷的制备与能研究

以国产Si粉和Si3N4粉为原料,添加适量的Y2O3和Al2O3烧结助剂,经凝胶注模成型后,在流动的高纯氮气氛中,采用反应烧结工艺制备出结构均匀、性能良好的Si3N4透波陶瓷,并深入研究了组分配方和烧结工艺对硅粉氮化率及材料的力学性能与介电性能的影响.研究结果表明:提高烧结温度能明显改善硅粉的氮化程度,当烧结温度超过1450℃、保温4h以上时,硅粉可完全氮化;起始原料中Si3N4含量为65％时,样品的介电性能最好,其介电常数为4.8,损耗角正切值为0.78×10-2;起始原料中Si3N4含量为35％时,样品的力学性能最好,其抗弯强度为129.5MPa.     

Preparation and Properties of Macroporous Silicon Nitride Ceramics by Gelcasting and Carbonthermal Reaction

1. IntroductionIn recent years, porous Si3N4 ceramics have re-ceived increasing attention for their extensive applicationin many high-tech areas such as bio ceramics[1], cata-lyst supports[2], hot gases filter[3], liquid purification[4],sensors[5], and membrane reactors[6]. Their appeal ismainly because of their unique and inherent proper-ties. Si3N4 ceramics are materials with excellent me-chanical properties, good corrosion resistance and oxida-tion resistance[7]. Since better performance …     

High-performance Silicon Nitride Materials

The past decade has seen greatly increased interest in ceramic materials with special combinations of properties. Their hardness, high resistance to abrasive and erosive wear, and their good corrosion resistance when used under extreme mechanical and thermal conditions have made ceramics increasingly attractive for applications in mechanical and apparatus engineering. Silicon nitride (Si₃N₄) in particular, is suitable for the development of a high-performance, high-temperature material for vehicle engine construction. Although the properties of Si₃N₄ materials have been consistently improved in the last few years, they are still not adequate to allow these materials to be used in series production parts, for example as valves in automotive engines. One of the main reasons for this is the wide scatter and low reproducibility of the property parameters, which means that component reliability does not yet meet market requirements. Hence, one aim of Si₃N₄ materials development is to reduce the structural flaws resulting from physical and chemical inhomogeneity. This objective can only be achieved through a fundamental understanding of all the processing steps, from powder production to the final processing of the components.     

氮化硅陶瓷的显微结构与力学性能的关系

本文以不同添加剂和制备工艺制得的五种氮化硅陶瓷为例,研究了显微结构和材料强度、断裂韧性之间的关系。指出,相互交错发育得较好的长柱状β晶粒结构能提供高强度,或在基体内镶嵌有高强度四方晶体及有高粘度玻璃相,能使材料获得优良的室温和高温强度、较高的断裂韧性。相反,材料密度较低,结构中分布着大小不均匀的气孔,晶粒发育不完全、晶界上有较多低粘度玻璃相是材料强度低、断裂韧性差、高温强度下降快的主要原因。     

复合添加剂对氮化硅陶瓷致密化的影响

以MgO-Al2O3-Y2O3体系作为烧结助剂,研究添加荆含量对无压烧结氮化硅陶瓷致密化的影响.对MgO、Al2O3、Y2O3三元添加剂进行单纯形格子设计及回归分析.结果表明,复合添加剂的比例对样品致密化及显微结构有着显著的影响.MgO、Al2O3和Y2O3按一优化比例引入到氮化硅陶瓷时可实现最大致密化速率,同时氮化硅大都呈现长柱状β-Si3N4晶粒,具有较大的长径比,显微结构均匀.     

多孔氮化硅/碳化硅复合材料制备的反应机理分析

为了探索碳热还原法制备多孔氮化硅/碳化硅(Si₃N₄/SiC)复合陶瓷材料在高温阶段的反应机理,采用固化的酚醛树脂为碳源,通过热解产生具有反应性的碳,使之在1300-1780℃等不同温度下与表面包裹的氮化硅粉反应,氩气为保护气氛.通过对试样的XRD、TEM分析和显微结构观察,结合反应的热力学和动力学结果计算推测,树脂裂解碳与Si₃N₄反应生成SiC的机理主要为Si₃N₄分解生成Si(l)与C进一步发生的液-固反应,和Si(l)与反应过程中的中间产物CO(g)之间发生的液-气反应.其他还包括C与Si₃N₄间直接进行的固-固反应;C与Si₃N₄表面的SiO₂间的气-固反应以及由SiO(g)、Si(g)参与的气-固反应.树脂裂解碳与Si₃N₄从1400℃左右开始发生反应形成SiC,温度升高对SiC层的生长有促进,保温时间的延长对SiC层的生长厚度影响较大.     

籽晶添加对氮化硅陶瓷显微结构与力学性能的影响

以不同配比的Y₂O₃-Al₂O₃为烧结助剂, 通过添加3wt%的单分散β-Si₃N₄籽晶, 采用气压烧结制备了氮化硅陶瓷, 并对所得材料的相组成、密度、室温和高温力学性能及显微结构进行了研究. 结果表明: 不同烧结助剂配比的α-Si₃N₄粉体在1800℃保温2 h即全部转化为β-Si₃N₄, 且各烧结体的相对密度都达到了97%以上. 在6wt%Y₂O₃和4.5wt%Al₂O₃为烧结助剂时, 添加3wt%籽晶的样品其室温强度和1200℃高温强度分别提高了20%和16%, 断裂韧性提高了8%.