流延法制备Si3N4块体及Si3N4／BN层状材料

采用流延法制备了Ｓｉ３Ｎ４块体及Ｓｉ３Ｎ４／ＢＮ层状材料。流延法已经在陶瓷的制备工艺中得到了广泛的应用,但是很少用于Ｓｉ３Ｎ４体系,尤其是水基流延法。用流延法制备Ｓｉ３Ｎ４／ＢＮ层状材料时,可以较为容易的控制坯片的厚度,得到性能稳定的层状材料。     

添加TiN改善Si3N4陶瓷加工性的研究

通过添加ＴｉＮ改善Ｓｉ３Ｎ４陶瓷的加工性,结果表明,添加ＴｉＮ含量达３０ｗｔ％,可实现电火花切割加工。     

Si3N4-SiC-TiN陶瓷燃烧合成工艺研究

以TiSi2和SiC为原料,利用SHS方法合成Si3N4-SiC-TiN复相陶瓷.在不同稀释剂含量及氮气压力下进行燃烧合成,计算了毛坯转化率和产物相对密度,并对产物进行了XRD分析.结果表明,氮气压力增高有利于提高转化率及产物相对密度.反应物转化率随稀释剂含量增加而增大.孔隙率为53%(体积分数)毛坯,稀释剂SiC含量为35%(质量分数)压坯相对密度达到最大值,且当稀释剂含量高于35%(质量分数)时,SiC发生氮化反应,生成Si3N4和C.     

Si3N4/FePd/Si3N4薄膜的晶体结构和磁性能研究

采用磁控溅射的方法制备了Si₃N₄/FePd/Si₃N₄三层膜, 研究了非磁性材料Si₃N₄作为插入层对磁记录FePd薄膜结构与磁性能的影响。结果表明, 热处理后Si₃N₄分布在FePd纳米颗粒之间, 抑制了FePd晶粒的生长, 与纯FePd薄膜相比, Si₃N₄/FePd/Si₃N₄薄膜的颗粒明显得到细化; 通过添加Si₃N₄层, FePd薄膜的晶体学参数c/a从0.960减小到0.946, 表明Si₃N₄可以有效促进FePd薄膜的有序化进程, 同时提升了矫顽力和剩磁比, 分别提高到249 kA/m、0.86; 随着600℃退火时间的进一步延长, 添加Si₃N₄的薄膜磁性没有迅速下降, 在较宽的热处理时间范围内磁性能保持在比较高的水平, 提高了抗热影响的能力。Si₃N₄作为插入层对FePd薄膜的磁性能具有较大的提升作用, 这对磁记录薄膜的发展具有重要意义。     

温度对Si3N4陶瓷摩擦磨损行为的影响

测定了Si3N4陶瓷与3Cr2W8V钢摩擦副在不同温度下（20－800℃）的磨擦系数与陶瓷的磨损系数,分析了温度对陶瓷摩擦磨损行为的影响,并探讨了陶瓷的磨损机理。     

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.     

Si3N4陶瓷球轴承的检验方法

通过分析国内外陶瓷球检测状况,结合国内研制和生产工艺,确定了能表征陶瓷球质量特征的检验项目,即化学分析,密度,断裂韧性,表面缺陷,硬度,压碎强度,孔隙度,显微组织等,提出了陶瓷毛坯球的材质性能,制造质量和显微组织等检验方法,对陶瓷球的研制和生产起到质量控制作用,为陶瓷球的质量检验标准的制定提供了依据。     

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。     

Si3N4 陶瓷蠕变性能MSP评价方法的理论与实验研究

基于薄板弯曲蠕变模型,对MSP(Modified Small Punch)蠕变试验进行了理论研究,建立了材料蠕变应力指数n的评价公式. 采用有限元分析软件MARC对MSP蠕变试验进行了数值模拟,将数值模拟采用的n值与评价结果n值进行了比较,12Cr1MoV钢和含Cr9%的钨合金钢分别相差1.6%和2.7%;SUS304不锈钢的MSP蠕变试验结果与传统单轴拉伸蠕变实验结果相差仅为2.9%,数值模拟结果的一致性与两种实验结果的吻合验证了理论公式的有效性. 在此基础上,通过对多孔Si3N4陶瓷蠕变性能的研究,发现多孔Si3N4陶瓷在温度为1000℃条件下不仅具有较好的延展性,而且有较大的蠕变变形;应用材料蠕变应力指数的理论公式,得到了多孔Si3N4陶瓷材料的应力指数. 研究结果表明,MSP蠕变试验方法在非金属材料高温蠕变性能的评价上具有广阔的应用前景.     

基于CAD和Solidworks的柴油机增压器Si3N4陶瓷涡轮模具设计

针对陶瓷涡轮的发展,设计了一套制备陶瓷涡轮毛坯的模具。利用CAD采用双回转成形法设计涡轮模具的模块,并对模块的强度进行了分析。根据十个模块构成的模具型腔的结构和受力状态,建立了合适的力学模型,对模具型腔的侧壁厚度进行了强度校核。利用Solidworks对设计好的模具零件图进行了装配。最后。用设计好的模具在热等静压下烧结制备Si3N4陶瓷涡轮,验证了设计的模具制备陶瓷涡轮的可行性。     

h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的断裂行为及断裂韧性

以亚微米级α-Si3N4和h-BN粉末为原料,Y2O3-Al2O3为助烧剂,采用热压烧结制备了h-BN/Si3N4陶瓷复合材料.研究3h-BN含量对h-BN/Si3N4陶瓷复合材料断裂韧性及其断裂行为的影响.结果表明:随着h-BN含量增加,柱状β-Si3N4晶粒的直径和长径比均下降;未加h-BN时,β-Si3N4陶瓷以沿晶断裂为主,添加体积含量为6%和8%的h-BN后,复合材料出现明显的沿晶和穿晶断裂,而添加10%h-BN的陶瓷复合材料则以沿晶断裂为主.随着h-BN含量增加,h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的断裂韧性下降,但由于h-BN颗粒对裂纹扩展的影响,因而其下降程度不大.     

网状结构Si3N4陶瓷增强金属基复合材料的研究

利用有机前驱体浸渍法制备了Si3N4网络陶瓷预制体,利用液态金属浸渗法制备出Al基、Mg基复合材料：分析了在浸渗过程中浸渗温度、润湿角、浸渗时间、浸渗高度的相互关系。在压力下金属液克服浸渗阻力．使浸渗得以完成。网络陶瓷骨架孔筋表面覆盖一层氧化膜有利于自发娄渗的进行。合金中适量镁元素的存在使平面上发生轻微化学放热反应．对浸渗有利。指出压力浸渗制备铝基复合材料与无压浸渗制备镁基合材料的特点。探计了这种复合材料抗压强度和摩擦磨损性能特点。指出Si3N4／Al复合材料，Si3N4/Mg复合材料抗磨擦性能明显优于基休．抗拉强度大大高于基体。     

纳米Si3N4制备及光学特性研究

为了制备高纯度的非晶纳米氮化硅粉体,在传统的激光诱导化学气相沉积法反应装置的基础上,加入正交紫外光束以激励NH3分解,从而提高气相中n(N)/n(Si)比,减少产物中游离硅的摩尔浓度.利用TEM技术和光谱分析技术研究了粒子的形貌和特性.结果表明:在一定的工艺参数条件下,可制备出粒径超微(7～15 nm)、无团聚、理想化学剂量(n(N)/n(Si)=1.314)的非晶纳米氮化硅粉体;表面效应和量子尺寸效应导致粉体红外吸收光谱和拉曼光谱的"蓝移"和"宽化"现象;采用双光束激励的激光诱导化学气相沉积法是制备高纯度纳米氮化硅粉体的理想方法.     

反应烧结Si3N4/SiC复相陶瓷合成工艺优化的研究

利用反应烧结制备Si3N4结合SiC复合材料.设计了L9(34)正交试验方案,研究了原料中Si、添加剂Al2O3、Y2O3的含量对复合材料力学性能的影响,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、断口形貌进行分析.结果表明,反应烧结后试样生成了颗粒状的α-Si3N4、针状或棒状的β-Si3N4和少量的Sialon,其中针状或棒状的β-Si3N4和SiC形成三维网络结构,提高了材料的力学性能.优化实验得到的试样力学性能显著提高,其中维氏硬度2205、抗弯强度410MPa、断裂韧性为8MPa·m1/2.     

原位反应结合多孔Si3N4陶瓷的制备及其介电性能

以氮化硅(Si₃N₄)和氧化铝(Al₂O₃)为起始原料, 利用原位反应结合技术制备Si₃N₄多孔陶瓷. 研究烧结温度和保温时间对Si₃N₄多孔陶瓷的微观结构、力学性能以及介电性能的影响. 结果表明: 烧结温度在1350℃以下, 保温时间<4h时, 随着烧结温度的升高, 保温时间的延长, 样品的强度和介电常数增大; 但条件超出这个范围, 结果刚好相反; 物相分析表明多孔陶瓷主要由Si3N4和Al₂O₃以及Si₃N₄氧化生成的SiO₂(方石英)组成. 所制备的多孔Si₃N₄陶瓷的气孔率范围为25.34%～48.86%, 抗弯强度为34.77～127.85MPa, 介电常数为3.0～4.6, 介电损耗约为0.002.     

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.     

反应烧结制备Si3N4/SiC复相陶瓷及其力学性能研究

以两种不同配比Y₂O₃/Al₂O₃ (A, 2:3; B, 3:1, 总量15 wt%)为烧结助剂, 通过添加不同质量分数的SiC粉体,反应烧结制备了高强度的氮化硅/碳化硅复相陶瓷。并对材料的相组成、相对密度、显微结构和力学性能进行了分析。结果表明: 在1700℃保温2 h情况下, 烧结助剂A 与B对应的样品中α-Si₃N₄相全部转化为β-Si₃N₄; 添加5wt% SiC, 烧结助剂A对应样品的相对密度达到最大值94.8%, 且抗弯强度为521.8 MPa, 相对于不添加SiC样品的抗弯强度(338.7 MPa)提高了约54.1%。SiC能有效改善氮化硅基陶瓷力学性能, 且Si₃N₄/SiC复相陶瓷断裂以沿晶断裂方式为主。     

网状结构Si3N4陶瓷增强金属基复合材料的研究

利用有机前驱体浸渍法制备了Si3N4网络陶瓷预制体,利用液态金属浸渗法制备出Al基、Mg基复合材料.分析了在浸渗过程中浸渗温度、润湿角、浸渗时间、浸渗高度的相互关系.在压力下金属液克服浸渗阻力,使浸渗得以完成.网络陶瓷骨架孔筋表面覆盖一层氧化膜有利于自发浸渗的进行.合金中适量镁元素的存在使界面上发生轻微化学放热反应,对浸渗有利.指出压力浸渗制备铝基复合材料与无压浸渗制备镁基复合材料的特点.探讨了这种复合材料抗压强度和摩擦磨损性能特点.指出Si3N4/Al复合材料,Si3N4/Mg复合材料抗磨擦性能明显优于基体,抗拉强度大大高于基体.