非晶納米Si-,3-N-,4-粉體液相燒結(jié)復(fù)相陶瓷的組織與性能.pdf

1、氮化硅(Si<,3>N<,4>)基陶瓷材料,具有高的室溫和高溫強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨蝕性、抗氧化性和抗沖擊性能,被材料科學(xué)界認(rèn)為是結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域中綜合性能優(yōu)良,在高溫領(lǐng)域最具有廣泛應(yīng)用前景的一種新材料.本文通過液相燒結(jié)非晶納米Si<,3>N<,4>粉體,制備了具有超塑性的Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>超細(xì)晶陶瓷和Si<,2>N<,2>O-Sialon納米陶瓷,研究了兩種復(fù)相陶瓷的力學(xué)性能和超塑性性能,并采用不同成形工藝

2、對(duì)兩種陶瓷材料進(jìn)行了超塑性成形.采用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法,亞甲基雙丙烯酰胺作為網(wǎng)絡(luò)劑,利用其活化雙鍵的功能團(tuán)效應(yīng)產(chǎn)生高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠,制備了納米Y2O3和Al2O3燒結(jié)助劑粉體.采用兩種粉體混合方案(方案A:Si<,3>N<,4>,Y<,2>O<,3>和Al<,2>O<,3>納米粉按照質(zhì)量比93:5:2的比例混合;方案B:Si<,3>N<,4>,AlN,Y<,2>O<,3>和Al<,2>O<,3>以質(zhì)量比72:14:4:10的比例混合),熱壓

3、燒結(jié)制備了Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>超細(xì)晶陶瓷和Si<,2>N<,2>O-Sialon納米陶瓷.超細(xì)晶Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>復(fù)相陶瓷的硬度和彈性模量較普通氮化硅陶瓷提高很大,1600℃燒結(jié)體經(jīng)退火處理后的硬度可達(dá)到22.5GPa,相對(duì)應(yīng)的彈性模量可達(dá)到350GPa.其硬度與燒結(jié)條件及晶粒尺寸之間存符合正Hall-Patch關(guān)系:隨燒結(jié)溫度提高,晶粒尺寸長大,材料的硬度降低.隨燒結(jié)溫度的提高

4、,材料的斷裂韌性提高,當(dāng)燒結(jié)溫度為 1800℃時(shí),斷裂韌性可達(dá)到7.5MPa·m<'1/2>.增韌機(jī)理主要為棒狀晶粒的橋接、拔出和裂紋偏轉(zhuǎn).超細(xì)晶Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>復(fù)相陶瓷的室溫和高溫強(qiáng)度均較低,室溫最高強(qiáng)度小于700MPa,1250℃的條件下的高溫彎曲強(qiáng)度低于300MPa.Si<,2>N<,2>O-α-Sialon復(fù)相陶瓷較Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>復(fù)相陶瓷的各種力學(xué)性能均有一定幅度

5、的提高,當(dāng)燒結(jié)溫度超過1700℃時(shí),綜合性能提高較為明顯,主要原因是由于燒結(jié)材料中α-Sialon對(duì)材料的硬度和彈性模量的提高起到了積極作用,同時(shí)高的Si<,2>N<,2>O相含量,對(duì)較高溫?zé)Y(jié)的復(fù)相陶瓷的增韌補(bǔ)強(qiáng)效果更加明顯.與普通的Si<,3>N<,4>陶瓷和Al<,2>O<,3>陶瓷相比,Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>復(fù)相陶瓷具有很高的抗磨損性能,主要與細(xì)晶、致密度高等因素有關(guān).超細(xì)晶Si<,2>N<,2>O-S