添加ZrO2对Si3N4复合陶瓷材料力学性能的影响

通过无压烧结制备了ZrO2-Si3N4复合陶瓷材料,并以排水法、SEM和DDL100型万能拉伸机进行表征。研究了ZrO2含量对Si3N4陶瓷的致密度、显微结构和力学性能的影响。结果表明,随着ZrO2含量的增加,Si3N4陶瓷致密度增加;抗弯强度和断裂韧性先增大后减小,当ZrO2含量达到10%时,Si3N4的抗弯强度和断裂韧性同时达到最大值,分别为362MPa和7.0MPa.m1/2。ZrO2增韧Si3N4陶瓷的机制为应力诱导相变。     

原位制备细晶Si3N4-Si2N2O复相陶瓷

以Y2O3和Al2O3纳米陶瓷粉体作为烧结助剂，液相烧结非晶纳米Si3N4陶瓷粉体，制备Si3N4-Si2N2O复相陶瓷。Si2N2O相通过原位反应2Si3N4(s) 1．5O2(g)：3S12N2O(s) N2(g)生成。160012烧结，烧结体保温30min，Si2N2O体积分数达到52％，基本由细小均匀的球形晶粒构成。平均粒径尺寸210nm，相变过程中，个别颗粒异常长大，长径比达到1．5。保温时间对孔隙、密度和粒径产生重要影响：随着保温时间的延长，孔隙逐渐收缩减小，烧结体的致密度逐渐提高，晶粒逐渐长大，保温60min，孔隙几乎完全闭合，相对密度达到99．1％，平均粒径280nm。当保温时间达到90min时，相对密度增加并不明显，但平均粒径长大到360nm。     

陶瓷颗粒增强扩散合金化钢复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金工艺制备了陶瓷颗粒增强Fe?0.5Mo?1.75Ni?1.5Cu?0.7C扩散合金化钢复合材料,选用的陶瓷颗粒为SiC、TiC和TiB₂。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了烧结材料微观结构,并对烧结材料的硬度、强度和摩擦磨损性能进行了测试。结果表明,由于SiC和TiB₂与基体的化学相容性好,陶瓷颗粒与基体界面结合良好;由于TiC颗粒具有极高的化学稳定性,TiC颗粒与基体界面结合情况不理想。随着陶瓷相含量（质量分数）的增加,添加SiC和TiC的烧结试样相对密度降低;添加TiB₂的烧结试样相对密度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷含量增加,添加SiC和TiB₂烧结试样的硬度增大,当陶瓷相质量分数超过1.2%时,硬度增加缓慢;添加TiC烧结试样的硬度先增加后降低,当添加TiC质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷相含量增加,添加SiC和TiC烧结试样的强度降低,少量添加SiC对强度没有明显损害;添加TiB₂烧结试样的强度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.6%时达到最大值（971.7MPa）,比基体提高了14.1%以上。添加陶瓷相对烧结钢性能的积极影响依次是TiB₂、SiC和TiC。     

球磨时间对放电等离子烧结合成Ti_3SiC_2纯度的影响

本文采用原料配比为3Ti/Si/2C/0.2Al(摩尔比)的单质混合粉体为原料,进行机械合金化(MA)和随后的放电等离子烧结(SPS),以制备高纯Ti3SiC2陶瓷,研究了球磨时间对放电等离子烧结制备Ti3SiC2的影响。结果表明,机械合金化混合粉体后,粉体颗粒明显细化。球磨10h,单质混合粉体会发生化学反应,生成TiC,Ti3SiC2混合粉体。继续球磨至20h,生成物混合粉体会显著细化。球磨时间对SPS烧结合成Ti3SiC2有显著的影响。球磨10h,即反应刚刚完毕,最有利于SPS合成致密高纯的Ti3SiC2,球磨时间较短(5h),对Ti3SiC2陶瓷的烧结促进作用不显著,而反应后继续延长球磨时间至20h,会降低烧结体中Ti3SiC2的纯度。采用球磨10h的粉体为原料,经850℃放电等离子烧结可获得纯度高达96%(质量分数,下同)的Ti3SiC2疏松块体,烧结温度提高到1100℃,可获得纯度为99.3%、相对密度高达98.9%的TiSiC致密块体。     

液相烧结非晶纳米氮化硅陶瓷粉体结晶与相变行为研究

以Y2 O3 和Al2 O3 纳米陶瓷粉体作为烧结助剂 ,液相烧结非晶纳米Si3 N4陶瓷粉体 ,研究了不同温度下烧结体的结晶与相变行为。 1 5 0 0℃烧结 ,烧结体为非晶与晶体混合态 ,结晶相主要为α Si3 N4和 β Si3 N4,结晶度达到 70 %。温度超过 1 6 0 0℃以后 ,烧结体已经完全结晶 ,为 β Si3 N4和Si2 N2 O双相陶瓷。当温度达到1 6 5 0℃ ,Si2 N2 O的体积分数达到最大值 ,说明烧结体中的O2 与Si3 N4已经反应完全。烧结温度超过 1 70 0℃时 ,Si2 N2 O的体积分数开始减小 ,烧结体中没有SiO2 出现 ,证明反应 2Si3 N4(s) +1 5O2 (g) =3Si2 N2 O(s) +N2(g)为可逆反应。 1 6 0 0℃烧结体的典型结晶形貌分析表明 :粒径尺寸基本分布在两个区域 ,大部分较大晶粒粒径在 1 5 0～ 2 5 0nm之间 ,小部分晶粒粒径 <1 0 0nm ,个别晶粒的长径比达到 1 5。     

不同烧结气氛下SiAlON/cBN陶瓷复合材料的性能研究

以Si3N4、Al N、Al2O3和c BN为原材料,采用放电等离子烧结,在氮气、氩气和真空三种不同烧结气氛下制备Si Al ON/c BN陶瓷复合材料.通过XRD、SEM及力学性能评估等手段研究了材料的物相组成、显微组织、体积密度、硬度以及断裂韧性等性能.结果表明:真空气氛下制备的Si Al ON/c BN陶瓷复合材料显微组织相对致密,具有较高的体积密度、硬度和断裂韧性.     

纳米Si粉对聚硅氧烷裂解及用其连接的SiC陶瓷接头强度的影响

无压烧结SiC(SSiC)陶瓷是重要的高温结构材料,连接技术是扩大其应用范围的关键技术之一。将纳米Si粉添加到聚硅氧烷(SR355)中制成连接材料,通过反应成形连接工艺连接SSiC。结果表明,纳米Si粉的加入对SR355的交联固化以及裂解和结晶化过程有一定的抑制作用,并能增加其陶瓷产率,因而可减少中间层的气孔率和收缩率,有利于连接强度的提高。纳米Si粉的最佳添加量为2%(质量分数)。连接温度对接头强度有显著影响,在纳米Si粉添加量为2%、连接压力为40 kPa、保温时间为30 min的条件下,当连接温度为1 100℃时,连接强度达到最大值64.7 MPa。微观结构研究显示,该试样中间层由C、O和Si元素组成,界面结合较好,Si和O元素在界面区域发生扩散,有利于提高连接强度。     

陶瓷颗粒增强粉末冶金Fe-2Cu-0.6C复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金压制/烧结技术，经600 MPa压制、1140℃烧结制备了陶瓷颗粒增强（SiC、TiC及TiB₂陶瓷颗粒，质量分数0~1.6%）Fe-2Cu-0.6C低合金钢复合材料，对三种复合材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:在烧结过程中，SiC与TiB₂颗粒与基体发生反应，故而与基体界面结合良好；当添加质量分数为1.6%的SiC颗粒时，复合材料烧结后的布氏硬度与抗拉强度分别比基体提高了35.9%、69.4%；添加质量分数为1.2%的TiB₂颗粒时，复合材料相对密度比基体提高了5.3%，其烧结硬度、抗拉强度与基体相比分别提高了77.9%、72.6%；由于烧结过程中TiC颗粒不与基体发生反应，故而添加TiC颗粒对复合材料的布氏硬度、抗拉强度影响不大。     

包覆法制备Gp/SiC 复合材料的显微结构和性能

以不同粒径的石墨颗粒和SiC粉体为原料,采用SiC粉体包覆石墨颗粒的方法,于2000℃热压制备了石墨/碳化硅(Gp/SiC)复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM,EDS)分析了材料的金相和断口显微结构.研究表明,石墨粒径较小且质量分数较少的复合材料比石墨粒径较大且质量分数较多的复合材料在热压工艺中更致密.石墨颗粒呈岛状紧密地镶嵌在SiC基体中,石墨与SiC界面处C和Si的扩散不明显.复合材料的相对密度、抗折强度,断裂韧性和硬度随石墨粒径和质量分数的减少而增加.断口形貌表明SiC陶瓷基体为脆性,石墨为韧性断裂.当石墨粒径为125μm、SiC与石墨的质量比为3.5时,复合材料的综合性能最佳,开口气孔率为0.3%,相对密度为97.9%,抗折强度为75±15 MPa,断裂韧性为5.4±0.5 MPa.m1/2,硬度为26.8±3GPa.     

SiC—TiC复相陶瓷的热等静压改性

本文通过对具有不同烧结密度的热压SiC—TiC复相陶瓷在氮气氛中进行热等静压后处理,从理论上(依据热力学数据)分析了闭合SiC—TiC复相陶瓷开孔孔隙的可能性,并用实验予以证实;同时,还研究和讨论了热等静压后处理工艺对陶瓷烧结体某些物理和力学性能(密度、强度和断裂韧性)以及氧化行为的影响。实验结果表明:SiC和TiC在高的氮气压力和温度下,可以分别氮化成Si_3N_4和TiN;对于预烧结相对密度约为95％的热压SiC—TiC复相陶瓷,在200MPa氮气压力下于1850℃氮化1小时后,室温强度由345MPa提高到686MPa,断裂韧性高达7.9MPa·m~(1/2),其抗氧化性能也有明显改善。