MWNTs-Si3N4陶瓷復(fù)合材料制備及性能.pdf

1、本文采用放電等離子燒結(jié)法成功制備了不同 MWNTs含量的MWNTs/Si3N4復(fù)合材料。利用XRD、SEM、TEM與HRTEM分析復(fù)合材料的物相組成、MWNTs的分布狀態(tài)和顯微組織；采用維氏壓痕法和三點彎曲測試了復(fù)合材料的斷裂韌性和抗彎強度，并在此基礎(chǔ)上進一步研究了MWNTs的加入對復(fù)合材料的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的影響規(guī)律及其機理。
　　研究結(jié)果表明，MWNTs經(jīng)過濃硝酸回流處理后表面吸附大量有機官能團，可以有效地提高表面活性。加入分散

2、劑十二烷基磺酸鈉(SDS)，其疏水鏈與MWNTs表面相互作用，通過靜電斥力克服范德華力，可以有效地打破MWNTs的團聚，進一步提高了MWNTs在水溶液中的分散性。
　　1800℃放電等離子燒結(jié)5min可實現(xiàn) MWNTs/Si3N4復(fù)合材料的致密化，隨著 MWNTs含量的增加，復(fù)合材料的密度有所下降。SPS燒結(jié)過程中實現(xiàn)了α-Si3N4β-Si3N4的完全轉(zhuǎn)變，但不能實現(xiàn) BAS的完全晶化。通過1350℃保溫5min和隨后25℃/m

3、in慢降溫速率的后續(xù)熱處理可有效促進BAS完全晶化為六方BAS。
　　TEM和HRTEM觀察結(jié)果表明：復(fù)合材料中MWNTs與 BAS、β-Si3N4的界面結(jié)合良好，不存在明顯界面裂紋和非晶層或反應(yīng)物。加入MWNTs后維氏硬度和抗彎強度均隨MWNTs含量增高而降低，但顯著提高了斷裂韌性。當MWNTs含量為8wt％時復(fù)合材料的斷裂韌性達到最高，由基體的4.69Mpa·m1/2提高至6.22Mpa·m1/2，但隨著MWNTs的繼續(xù)增加時

4、，材料的斷裂韌性又開始下降，這是由于材料致密度下降所致。MWNTs/Si3N4復(fù)合材料的主要增韌機理是β-Si3N4與MWNTs的協(xié)同韌化效應(yīng)即對裂紋的偏轉(zhuǎn)和橋連。
　　MWNTs的加入顯著提高了氮化硅陶瓷的電導(dǎo)率，主要是由于MWNTs相互接觸構(gòu)成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。加入MWNTs后，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與基體相比略有下降，且MWNTs/Si3N4復(fù)合材料的熱導(dǎo)率均隨溫度的升高而降低。這是由于因MWNTs之間范德華力的作用而彼此纏繞團聚，導(dǎo)致