Si3N4基導電陶瓷的制備及其性能研究.pdf

1、Si3N4陶瓷具有高硬度、高耐磨、高強度、高導熱、優(yōu)異的抗熱震和抗氧化性能等特性，被廣泛用于航空航天、機械工業(yè)、裝甲、基板等領域。但由于固有的高硬度、脆性和絕緣性，Si3N4陶瓷傳統(tǒng)機加工成本高且無法進行EDM加工，難以實現(xiàn)形狀復雜和微型化的零部件加工。同時，由于其絕緣特性，PVD涂層技術在Si3N4陶瓷刀具上應用效果較差，導致無法利用此技術來顯著提高Si3N4陶瓷刀具的切削性能。因此，開發(fā)具有優(yōu)異導電性能的Si3N4基陶瓷具有重大的意

2、義。本論文以TiC、TiN、TiCN和ZrB2作為導電第二相，利用熱壓工藝制備Si3N4基導電陶瓷，并對其綜合性能和應用進行了深入研究。
　　首先以TiC和TiN粉為導電相，利用熱壓燒結制備了Si3N4-TiC和Si3N4-TiN導電陶瓷，并對其力學、電學及電火花加工性能進行對比研究。研究表明，Si3N4-TiN導電陶瓷具有較好的高溫穩(wěn)定性，而Si3N4-TiC在高溫下則轉變?yōu)镾i3N4-TiC0.5N0.5-SiC導電陶瓷。高含

3、量TiN和TiC的增加均有助于提高Si3N4的硬度，但降低其斷裂韌性。與TiN相比，TiC可以更好地改善Si3N4致密化、導電性能及電火花加工性能。在電火花加工過程中，材料去除機制主要為Si3N4氧化和高溫分解。Si3N4基導電陶瓷的電阻率和Si3N4含量越低，其電火花加工后表面粗糙度和材料去除率越低。
　　然后以TiC0.5N0.5粉為導電第二相，利用熱壓燒結制備了Si3N4-TiC0.5N0.5陶瓷，研究了TiC0.5N0.5

4、含量對其力學、電學、PVD涂層和切削加工性能的影響。研究表明:Si3N4-TiC0.5N0.5陶瓷具有較好的高溫穩(wěn)定性，TiC0.5N0.5含量的增加可以降低Si3N4陶瓷電阻率，并改善硬度，但降低抗彎強度。同時，TiC0.5N0.5含量的增加可以改善Si3N4陶瓷刀具表面的PVD涂層厚度、結合強度和硬度，進而有效提高刀具耐磨損性能和切削壽命。其刀具的磨損機制均以機械摩擦導致的磨粒磨損為主，伴隨少量粘結磨損。
　　最后采用ZrB2

5、粉作為導電第二相，首次利用熱壓燒結工藝制備了Si3N4-ZrB2陶瓷，并對其化學反應性、致密化和熱穩(wěn)定性進行探索性研究。
　　研究表明:在N2氣氛高溫熱壓燒結過程中Si3N4-ZrB2陶瓷會發(fā)生化學反應，在1500℃時反應較弱，在1600℃或更高溫度時會發(fā)生顯著反應，其反應產(chǎn)物可能包含ZrN、BN、ZrSi2、SiC或者Si，具體的產(chǎn)物組成取決于燒結溫度。通過加入復合燒結助劑可在1500℃制備致密的Si3N4-20vol.％ZrB