自增韧氮化硅陶瓷的制备与性能研究

论文摘要

氮化硅陶瓷具有优异的物理机械性能和化学性能,被广泛应用于高温、化工、冶金、航空航天等领域。在结构陶瓷中氮化硅陶瓷虽具有相对较高的断裂韧性,但为了进一步拓宽氮化硅陶瓷的运用领域和提高其使用可靠性,改善其断裂韧性一直是该材料研究的重要课题。笔者通过利用氮化硅陶瓷的自增韧技术,使用复合烧结助剂和在氮化硅基体中添加长柱状β-Si3N4晶种,制备高断裂韧性的氮化硅陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜、阿基米德法、三点抗弯曲强度、单边切口梁法等测试方法对陶瓷的组成、显微结构、显气孔率以及抗弯强度和断裂韧性等进行了分析与表征。首先研究了无压烧结制备氮化硅陶瓷过程中,烧结助剂（Y2O3和Al2O3）对其烧结性能和力学性能的影响,当Y2O3含量为8wt%,Al2O3含量为4wt%时,氮化硅陶瓷的相对密度达95%以上,抗弯强度为674 MPa,断裂韧性为6.34 MPa·m1/2。再通过引入La2O3提高氮化硅晶粒的长径比,使氮化硅陶瓷的抗弯强度和断裂韧性达到686 MPa和7.42 MPa·m1/2。笔者通过无压烧结工艺,在1 750℃制备了长柱状的β-Si3N4晶种,晶种的平均长度为2.82μm,平均粒径为0.6μm,平均长径比为4.7,着重研究了晶种对氮化硅陶瓷烧结性能和力学性能的影响。氮化硅陶瓷中加入晶种后,其烧结性能和抗弯强度略有降低,但断裂韧性得到了很大的提高;且随着晶种添加量的增加,断裂韧性先升高再降低,掺杂量为2wt%时,断裂韧性达到最大(7.68 MPa·m1/2),提高了20%以上。

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类型: 期刊论文

作者: 豆高雅

关键词: 氮化硅陶瓷,断裂韧性,显气孔率,抗弯强度,烧结性能,晶粒长径比

来源: 陶瓷 2019年09期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 无机化工

单位: 榆林市瀚霆化工技术开发有限公司

分类号: TQ174.758.12

DOI: 10.19397/j.cnki.ceramics.2019.09.010

页码: 53-62

总页数: 10

文件大小: 2717K

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