立方氮化硅的沖擊波合成與燒結(jié)研究.pdf

1、立方氮化硅(γ-Si<,3>N<,4>)被認(rèn)為是一種新型的超硬陶瓷材料，預(yù)期具有優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能而倍受重視。本研究是采用沖擊波壓縮技術(shù)合成γ-Si<,3>N<,4>，獲得較高產(chǎn)額的γ-Si<,3>N<,4>粉體，提純處理后，利用六面頂超高壓裝置對(duì)γ-Si<,3>N<,4>進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)實(shí)驗(yàn)。借助于X射線衍射儀、掃描電鏡、維氏硬度計(jì)、洛氏硬度計(jì)等分析手段，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。 設(shè)計(jì)并加工了可控爆轟平面

2、加載裝置，使用結(jié)果表明該裝置結(jié)構(gòu)合理、能確保樣品完整回收、操作方便、安全可靠。 合成實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)壓力在45-55GPa、溫度在4500-5500K的條件下，a-Si<,3>N<,4>轉(zhuǎn)化為γ-Si<,3>N<,4>的轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)80％，單次合成γ-Si<,3>N<,4>的產(chǎn)額可達(dá)克量級(jí)。在440K的溫度下，利用氫氟酸對(duì)合成粉體進(jìn)行提純處理9-10h，可使γ-Si<,3>N<,4>的純度接近100％。 通過(guò)超高壓燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

3、研究表明：a-Si<,3.N<,4>與γ-Si<,3>N<,4>在5.4-5.7GPa、1620K-1770K及Y<,2>O<,3>-Al<,2>O<,3>-La<,2>O<,3>體系作燒結(jié)助劑的條件下，a-Si<,3>N<,4>大部分發(fā)生了向β-Si<,3>N<,4>的相轉(zhuǎn)變，且γ-Si<,3>N<,4>完全轉(zhuǎn)化為β-Si<,3>N<,4>。對(duì)于γ-Si<,3>N<,4>和a-Si<,3>N<,4>混合粉體，當(dāng)壓力相同時(shí)，燒結(jié)體相對(duì)密

4、度隨著溫度的升高而增加；當(dāng)溫度相同時(shí)，相對(duì)密度隨著壓力的升高而升高。對(duì)于純的γ-Si<,3>N<,4>粉體，當(dāng)壓力相同時(shí)，相對(duì)密度隨著燒結(jié)溫度的升高而增大。相同的溫度壓力條件下，純的γ-Si<,3>N<,4>粉體比γ-Si<,3>N<,4>與a-Si<,3>N<,4>混合粉體燒結(jié)體的相對(duì)密度大。 測(cè)試分析結(jié)果表明：燒結(jié)體的維氏硬度與洛氏硬度隨著燒結(jié)體相對(duì)密度的升高而增大。對(duì)于相同相對(duì)密度的燒結(jié)體來(lái)說(shuō)，純?chǔ)?Si<,3>N<,4>