氮化硅及碳化硅陶瓷復(fù)合材料高溫壓縮變形行為的研究.pdf

1、本文采用放電等離子燒結(jié)(SPS)法制備了致密的BAS/Si3N4復(fù)合材料、SiAlON陶瓷和BAS/SiC復(fù)合材料，并在SPS設(shè)備中研究了以上材料的高溫壓縮變形行為，并討論了壓縮變形對(duì)材料組織與性能的影響規(guī)律。
　　不同 BAS含量的Si3N4復(fù)合陶瓷，約在1580℃時(shí)開始產(chǎn)生壓縮變形，隨著材料中所含 BAS的量增多，能夠在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)較快的壓縮變形，最大壓縮變形速率在10-3s-1量級(jí)。其中40wt％BAS/Si3N4材料1

2、600℃最大應(yīng)變速率能達(dá)到1.5×10-2s-1，已進(jìn)入了超塑性變形的范疇。壓縮后材料中的長棒狀β-Si3N4晶粒沿垂直于外力方向的平面擇優(yōu)分布。
　　不同稀土摻雜的5wt%BAS/RE-α-SiAlON陶瓷在1500℃時(shí)已開始產(chǎn)生壓縮變形，到達(dá)1630℃后能產(chǎn)生最大應(yīng)變速率，也在10-3s-1量級(jí)上。材料的變形能力與其中所含的晶間相團(tuán)聚相關(guān)，其中Yb-SiAlON材料晶間相分布更均勻，從而應(yīng)變量與應(yīng)變速率均最小。材料壓縮前后組織

3、形貌無明顯變化，長棒狀α-SiAlON晶粒在壓縮過程中轉(zhuǎn)動(dòng)和滑移是實(shí)現(xiàn)材料宏觀應(yīng)變的主要原因。而添加了過量稀土氧化物的Y1010-α-SiAlON陶瓷同樣均在1630℃附近實(shí)現(xiàn)了最大壓縮變形速率。其中材料的壓縮變形量和變形速率與所添加的助燒劑的量成正比關(guān)系。對(duì)Y1010E2材料而言，材料中的晶間相含量很少，未能實(shí)現(xiàn)宏觀可見的應(yīng)變。壓縮過程中，同時(shí)伴隨著晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)和長大，壓縮后的Y1010E4和Y1010E6材料中的長棒狀α-Si3N4晶

4、粒在直徑和長度方向上均有生長。
　　不同BAS含量的SiC復(fù)合陶瓷約在1590℃時(shí)變形啟動(dòng)，同時(shí)伴有一個(gè)較小的極大壓縮變形速率。在進(jìn)入1600℃的保溫階段時(shí)，40wt%BAS/SiC的壓縮變形速率能達(dá)到6.1×10-3s-1。由于BAS/SiC中主要含有等軸狀的α-SiC晶粒，壓縮后材料并未產(chǎn)生各向異性。同時(shí)，盡管α-SiC晶粒的尺寸較大，在幾個(gè)微米以上，因?yàn)榈容S狀的晶粒在粘性液相中的移動(dòng)更容易實(shí)現(xiàn)，其壓縮變形能力仍大于含有細(xì)小長