磷酸鹽-Si3N4復合陶瓷相組成與性能研究.pdf

1、本文以Ca3(PO4)2、AlPO4和Si3N4為原料，采用熱壓燒結和無壓燒結工藝，在不同溫度燒結制備了Ca3(PO4)2/Si3N4和AlPO4/Si3N4兩個系列復合陶瓷。采用XRD、SEM和TEM等技術和三點彎曲、單邊切口等方法，研究了原料組成、燒結工藝對復合陶瓷相組成、顯微結構，力學、熱學性能和抗熱震性的影響規(guī)律及機理。
　　復合陶瓷中，Ca3(PO4)2、AlPO4均能與Si3N4穩(wěn)定共存，燒結后未發(fā)現(xiàn)有新相生成。β-S

2、i3N4的相對含量和致密度均隨著燒結溫度的升高而提高。Ca3(PO4)2作為添加劑加入時更利于Si3N4的α-β相變和陶瓷致密化。采用了埋粉和N2保護進行無壓燒結時，較熱壓燒結更有利于α-Si3N4向β-Si3N4的轉變。
　　提高燒結溫度，柱狀β-Si3N4晶粒的生長更加充分，晶粒相互搭接、交織；TEM分析表明Ca3(PO4)2與Si3N4浸潤良好，界面結合緊密。對于Ca3(PO4)2/Si3N4復合陶瓷，1700℃無壓燒結與熱

3、壓燒結相比，更利于β-Si3N4柱晶的生長。
　　復合陶瓷的力學性能隨著燒結溫度的提高而升高，Ca3(PO4)2/Si3N4復合陶瓷的力學性能高于AlPO4/Si3N4復合陶瓷。對于Ca3(PO4)2/Si3N4復合陶瓷，1700℃燒結時無壓燒結工藝有利于彎曲強度和斷裂韌性的提高。斷口照片中可以觀察到β-Si3N4晶粒的拔出和橋聯(lián)作用。
　　兩種復合陶瓷的熱學性能變化規(guī)律相似：熱膨脹系數(shù)和比熱隨著溫度的升高而增大，熱導率隨溫

4、度的升高而減小。燒結溫度的升高使復合陶瓷的熱膨脹系數(shù)、比熱和熱導率均有所升高。Ca3(PO4)2/Si3N4復合陶瓷的熱學性能優(yōu)于AlPO4/Si3N4復合陶瓷。熱壓燒結制備的復合陶瓷，熱膨脹系數(shù)高于無壓燒結制備的復合陶瓷。
　　燒結溫度提高，復合陶瓷的臨界熱震溫差有所升高。Ca3(PO4)2/Si3N4復合陶瓷的抗熱震性能優(yōu)于AlPO4/Si3N4復合陶瓷。熱壓燒結復合陶瓷的抗熱震性能總體上高于無壓燒結復合陶瓷，但1700℃無壓