晶種摻雜氮化硅陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、氮化硅陶瓷是典型的高溫高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)陶瓷，具有良好的室溫及高溫機(jī)械性能，強(qiáng)度高，耐磨性強(qiáng)，抗熱沖擊性好，是結(jié)構(gòu)陶瓷研究中最為廣泛深入的材料，但在幾十年的應(yīng)用和研究中人們發(fā)現(xiàn)，盡管氮化硅陶瓷材料具有優(yōu)良的綜合性能，但在高溫等比較惡劣的工況下，陶瓷材料本身所固有的脆性仍然是其致命的弱點(diǎn)。自增韌氮化硅陶瓷是目前最有希望用于發(fā)動機(jī)部件和高溫結(jié)構(gòu)件的材料之一。
　　 本論文采用熱壓燒結(jié)法制備自增韌Si3N4陶瓷材料的全過程。晶種制備實(shí)驗(yàn)中，為

2、探討不同稀土添加劑對Si3N4的α-β相轉(zhuǎn)變的影響，以α-Si3N4為原料，不同含量的Yb2O3、Nd2O3作為相變添加劑，分別在1600℃、1650℃、1700℃下預(yù)燒。用XRD和SEM分析其相組成和形貌，進(jìn)而討論Si3N4的α-β相變機(jī)理。結(jié)果表明添加4％Yb2O3，1700℃下預(yù)燒所得晶種最佳，晶粒直徑約0.5μm，長徑比多為4-5，少數(shù)可達(dá)十幾的長柱狀晶種。
　　 將這種加入α-Si3N4初始粉料中，并加入不同含量的Yb

3、2O3作為燒結(jié)助劑，在1800℃、25Mpa熱壓燒結(jié)1小時得到自增韌氮化硅陶瓷。用三點(diǎn)彎曲法測量材料的強(qiáng)度和韌性。用這種方法制得的氮化硅與同種原料不加晶種制得的氮化硅相比，抗彎強(qiáng)度由948MPa提高到1006MPa，斷裂韌性由7.6提高到9.01MPa。
　　 用XRD和SEM分析了自增韌氮化硅的成分、表面形貌、斷口形貌及裂紋生長過程，進(jìn)而對氮化硅陶瓷斷裂機(jī)理進(jìn)行了討論。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Yb2O3是一種良好的相變添