機(jī)械合金化Si-B-C-N-Al粉末及陶瓷的組織結(jié)構(gòu)與抗氧化性.pdf

1、本文分別以鋁粉和氮化鋁粉為鋁源,通過機(jī)械合金化的方法制備出了Si-B-C-N-Al粉末,系統(tǒng)研究了鋁源種類及鋁含量對粉末的微觀組織結(jié)構(gòu)、價鍵類型、熱穩(wěn)定性及抗氧化性的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，采用熱壓燒結(jié)的方法成功制備出了Si-B-C-N-Al塊體陶瓷材料,分析了燒結(jié)工藝、鋁源種類及鋁含量對陶瓷的物相、組織結(jié)構(gòu)及性能的影響。通過高溫氧化試驗(yàn),研究了鋁源種類及氧化溫度對材料抗氧化性的影響并探討了其高溫抗氧化機(jī)理。
　　研究表明,以立方硅

2、粉(c-Si)、六方氮化硼粉(h-BN)、石墨粉(C)和金屬鋁粉(Al)為原料制備的A3粉末,其粉末顆粒經(jīng)高能球磨后完全實(shí)現(xiàn)了非晶化;而以氮化鋁粉(AlN)為鋁源制備的AN3粉末中,除了含有極少量的AlN納米晶外,絕大部分的粉末粒子呈非晶態(tài)。價鍵分析顯示:各種原料粉末在球磨過程中發(fā)生了相互反應(yīng),生成了Si-C、B-C-N、C-C、B-N和Al-N等化學(xué)鍵。所不同的是, A3粉末中還含有Al-O-N鍵,而AN3粉末不含具有氧的化學(xué)鍵;同時

3、核磁共振結(jié)果表明,AN3粉末中的Al原子有著較A3粉末中的Al原子更為簡單的結(jié)構(gòu)環(huán)境。AN3粉末的抗氧化性優(yōu)于A3粉末;而隨著鋁含量的增加,粉末的活化能減小,抗氧化性降低;在氬氣中,各種粉末均表現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性。
　　采用不同燒結(jié)工藝制備了四種陶瓷,研究發(fā)現(xiàn),燒結(jié)溫度的升高和壓力的增大,對陶瓷的物相組成影響不大,四種陶瓷中主要含有3C-SiC、BCN、AlN和AlON相。但燒結(jié)溫度和壓力對材料的致密化有顯著影響,其中1900℃

4、、50MPa下燒結(jié)的陶瓷密度最高,最致密。
　　鋁含量和鋁源種類對陶瓷的物相組成有較大的影響,其中鋁含量較低的陶瓷中出現(xiàn)了4H-SiC相,而采用氮化鋁粉為鋁源制備的陶瓷中則不含有AlON相。兩種不同鋁源制備的陶瓷,其微觀組織結(jié)構(gòu)相似,均表現(xiàn)為組織均勻、晶粒細(xì)小,其中BCN相呈層片狀,3C-SiC相中含有較多平直的層錯,并且SiC、AlN和BCN晶粒內(nèi)部均存在原子排列的混亂區(qū)。在1300℃時,三種材料的熱膨脹系數(shù)值在4.8～5.1×

5、10-6/℃之間。
　　在1200、1300和1400℃氧化時,隨著氧化時間的增加,兩種不同鋁源制備的陶瓷其質(zhì)量變化呈現(xiàn)出相似的變化趨勢,即先失重,然后迅速增重,最后質(zhì)量變化進(jìn)入相對穩(wěn)定階段。在1200、1300和1400℃氧化80h后,兩種陶瓷的氧化表面所含物相相同,氧化產(chǎn)物主要有SiO2、莫來石和C,其中C和莫來石的衍射峰強(qiáng)度隨氧化溫度的升高逐漸增強(qiáng),而SiO2則由1200℃時的晶態(tài)衍射峰轉(zhuǎn)變?yōu)?400℃時的非晶態(tài)漫散射峰,這