Si3N4-MoSi2和Si3N4-SiC復(fù)相陶瓷氧化行為及機(jī)理研究.pdf

1、本文采用熱壓燒結(jié)工藝方法制備了不同 Si3N4含量的Si3N4-MoSi2和Si3N4-SiC復(fù)相陶瓷材料，選用Y2O3和La2O3作為燒結(jié)助劑。測試了復(fù)相陶瓷的致密度、抗彎強(qiáng)度、硬度、電導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)，分析了復(fù)相陶瓷的顯微組織。通過恒溫氧化以及不連續(xù)稱重法研究了復(fù)相陶瓷的高溫氧化行為。綜合運用XRD、SEM、EDS和XPS等手段分析了氧化產(chǎn)物、氧化試樣表面形貌和氧化層成分與微觀結(jié)構(gòu)，研究了復(fù)相陶瓷在不同溫度下的氧化動力學(xué)規(guī)律，并探討

2、了其微觀氧化機(jī)理。
　　性能測試結(jié)果表明，Si3N4-MoSi2復(fù)相陶瓷致密度、抗彎強(qiáng)度和硬度隨MoSi2含量的增加而減小，抗彎強(qiáng)度最大可達(dá)942MPa。熱膨脹系數(shù)隨MoSi2含量的增加而增加。其電導(dǎo)率導(dǎo)通門檻值在30～45wt.％MoSi2之間。Si3N4-SiC復(fù)相陶瓷致密度、抗彎強(qiáng)度和硬度隨 SiC含量的增加而減小，抗彎強(qiáng)度最大為682MPa，熱膨脹系數(shù)隨SiC含量的增加而增加。
　　對于Si3N4-MoSi2復(fù)相陶瓷

3、，在1100℃保溫時質(zhì)量變化很小，其氧化動力學(xué)曲線沒有明顯的規(guī)律性；在1300℃，氧化動力學(xué)近似為拋物線規(guī)律，并且隨著 MoSi2含量的增加，氧化增重增加。增重的主要原因為SiO2和Mo5Si3氧化產(chǎn)物的生成；在1500℃，在氧化的最初階段，正的對數(shù)規(guī)律為主導(dǎo)規(guī)律，但隨著氧化時間的延長，負(fù)的拋物線規(guī)律作用逐漸增強(qiáng)，氧化15h后，對其氧化動力學(xué)起支配作用的是負(fù)的對數(shù)規(guī)律。Mo向外擴(kuò)散并以產(chǎn)物 MoO3揮發(fā)是造成復(fù)相陶瓷在1500℃氧化時其

4、動力學(xué)由增重轉(zhuǎn)變?yōu)槭е氐闹饕颉?br>　　對于Si3N4-30wt.%SiC和Si3N4-45wt.%SiC兩種復(fù)相陶瓷，在1100℃保溫時質(zhì)量變化很小，其氧化動力學(xué)曲線沒有明顯的規(guī)律性；在1300℃和1500℃，其氧化曲線基本重合，并且近似為拋物線規(guī)律。增重的主要原因是SiO2氧化產(chǎn)物的生成。Si3N4-60wt.%SiC復(fù)相陶瓷在各溫度下的增重量都比前兩種大很多，這主要是因為孔隙率對Si3N4-SiC復(fù)相陶瓷的氧化影響顯著。