α-Si3N4与γ-Si3N4、α-Si3N4混合粉体超高压烧结的比较研究

以Y2O3-Al2O3-La2O3体系作烧结助剂,在5．4～5．7GPa、1620-1770K的高温高压条件下进行了α-Si3N4与γ-Si3N4、α-Si3N4粉体的烧结研究,并探讨了烧结温度及压力对烧结体性能的影响。实验结果表明：α-Si3N4、γ-Si3N4完全相变为β-Si3N4;在相同的烧结条件下,α-SigN4比γ-Si3N4、α-Si3N4混合粉体烧结试样的相对密度、维氏硬度高。α-Si3N4与γ-Si3N4、α-Si3N4混合粉体烧结试样的最高相对密度与维氏硬度分别为98．78％、21．87GPa和98．71％、21．76GPa。烧结体由相互交错的长柱状β—Si3N4晶粒组成．显微结构均匀。     

添加Y2O3-Al2O3烧结助剂的氮化硅陶瓷的超高压烧结

以Y2O3-Al2O3体系为烧结助剂,在5.4～5.7 GPa,1 570～1 770K的高温高压条件下进行了氮化硅陶瓷的超高压烧结研究.用X射线衍射及扫描电镜对烧结样品进行了分析和观察,探讨了烧结温度及压力对烧结的陶瓷样品性能的影响.结果表明:得到的氮化硅由相互交错的长柱状β-Si3N4晶粒组成,微观结构均匀,α-Si3N4完全转变为β-Si3N4.经5.7GPa,1 770K且保温15min的超高压烧结,样品的相对密度达99.0%,Rockwell硬度HRA为99,Vickers硬度HV达23.3GPa.     

高温高压下γ-Si3N4的相变

为了研究γ-Si3N4在高温高压下的相变,在压力为5.2、5.4及5.7 GPa,温度为1 300～1 450 K,保温时间为15 min条件下,以Y2O3、Al2O3和La2O3为烧结助剂,制备了γ-Si3N4烧结体。用X射线衍射和扫描电子显微镜对烧结样品进行了分析和观察。结果表明:γ-Si3N4首先转变为α-Si3N4,再由α-Si3N4转变为β-Si3N4;β-Si3N4烧结体主要由长柱状的晶粒组成,晶粒相互连接,呈交叉分布,显微结构较为均匀,结构致密。拟合了三相相界方程,得到了γ、γ+α、α、α+β、β-Si3N4相界方程,并讨论了相关的相变机制。     

添加AlN-Y2O3-La2O3烧结助剂的c-BN-β-Si3N4复合材料的超高压烧结

以AlN-Y2O3-La2O3为烧结助剂,在5.5 GPa,1 550℃下对c-BN-β-Si3N4复合材料进行了超高压烧结。借助X射线及扫描电镜对烧结样品进行了分析和观察,探讨了保温时间对产物的组成、形貌及力学性能的影响。结果表明:1)超高压条件下c-BN保持了原有的结构及形貌,发育良好的棒状β-Si3N4晶体均匀分布于烧结体中;α-Si3N4完全转变成β-Si3N4的时间随c-BN含量的增加而延长;烧结体相对密度和弯曲强度均随c-BN含量的增加而降低,硬度则随着c-BN含量的增加而增加,而相对密度的降低在一定程度上抵消了c-BN对硬度提高的贡献。2)c-BN质量分数为50%的复合材料同时具备较高的弯曲强度及硬度,其值分别为830 MPa与29.3 GPa。     

烧结温度对含有定向α-Si3N4晶须的Si3N4陶瓷的影响

利用流延成型使α-Si3N4晶须在基体中定向排列,并采用热压烧结技术制备了SGN4陶瓷.用X射线衍射和扫描电镜对陶瓷的物相和显微结构进行了研究,讨论了流延成型对坯体中晶须的分布状态的影响和烧结条件对所得到的块体的显微结构的影响.结果表明:流延成型和热压烧结可以使晶须呈一维定向排布;随着烧结温度的升高,烧结样品的相对密度增大;添加10.6%质量分数)α-Si3N4晶须在1500℃下烧结,Si3N4陶瓷的断裂韧性为9.24MPa·m1/2,Vickers硬度为15.740Pa.在1 600℃α-Si3N4转变成的长柱状β-Si3N4颗粒,大大提高了Si3N4陶瓷的力学性能,其断裂韧性和Vickers硬度分别为10.26MPa·m1/2和16.56GPa.     

立方氮化硅粉体的超高压烧结特性

以冲击波合成的立方氮化硅(γ-Si3N4)粉体为原料,添加Y2O3-Al2O3-La2O3系烧结助剂,进行了超高压烧结,研究了在不同烧结温度与压力下,烧结样品的相对密度、力学性能、物相变化及显微结构.经5.4～5.7 GPa和1670～1770 K,保温保压15 min超高压烧结后,烧结制备的氮化硅陶瓷主要由长柱状晶粒组成,显微结构均匀,y-Si3N4已完全转化为β-si3N4.烧结样品的最高相对密度与Vickers硬度分别为99.16%,23.42GPa.     

以MgSiN_2作烧结助剂制备高热导β-Si_3N_4陶瓷

以MgSiN2为烧结助剂,采用热压烧结法在1750～1900℃制备了高热导β-Si3N4陶瓷,研究了烧结助剂成分、保温时间、烧结温度和添加晶种对热导率的影响。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线荧光光谱仪、电感耦合等离子体原子发射光谱仪和光热偏转热导测试仪对样品进行了分析和表征。结果表明:通过延长保温时间、提高烧结温度和添加一定量的β-Si3N4晶种3种途径可有效提高β-Si3N4陶瓷的热导率。添加1%(质量分数)β-Si3N4棒状颗粒作为晶种,1900℃烧结4h制备的β-Si3N4陶瓷的热导率最高,达158W/(m·K)。     

放电等离子体烧结Si_3N_4-BN复合陶瓷性能研究

以Si3N4和BN粉末为原料,Si3N4-BN复合粉末中BN的体积分数分别选定为10%、20%和30%,采用质量分数为2%的Al2O3和6%的Y2O3作为烧结助剂,分别在1500、1600和1650℃,压力50 MPa,保温5 min的条件下,采用放电等离子体烧结法制备了致密Si3N4-BN复合陶瓷。XRD结果和SEM分析表明:当煅烧温度为1650℃时,复合陶瓷中的α-Si3N4已完全转变为β-Si3N4;BN的加入抑制了复合陶瓷中Si3N4晶粒的生长而使结构细化;复合陶瓷的维氏硬度和断裂韧性随BN含量的增加而逐渐降低。     

自增韧Si_3N_4陶瓷的制备与性能研究

本文对自增韧Si3N4陶瓷材料进行了研究。采用SHS合成的α-Si3N4为原料,添加复合稀土氧化物Y2O3、Al2O3,采用热压烧结制备自增韧氮化硅,热压温度为:1800℃;压力为:30MPa。研究了不同的稀土、添加剂对氮化硅自增韧效果的影响。测试了样品体积密度、抗弯强度和断裂韧性。采用SEM和XRD分析了样品的显微结构和物相组成。实验结果表明,样品的最优配比为:70%α-Si3N4,22%TiC,6%Y2O3,2%Al2O3;样品的相对密度为99.82%,抗弯强度为788.04MPa;断裂韧性为12.45MPa.m1/2。其主晶相为β-Si3N4,有较明显的长柱状晶体。     

Al_2TiO_5-Si_3N_4复合材料制备工艺研究

以Al2TiO5粉(自制)和α-Si3N4粉为原料,制备Al2TiO5-Si3N4复合材料.研究了Si3N4加入量(质量分数,分别为0、5%、10%、15%、20%和25%)、烧成气氛(氮气气氛和空气气氛)、烧成温度(1 450、1 500、1 550℃)、保温时间(2、3、4 h)对Al2TiO5-Si3N4复合材料性能的影响.研究结果表明,制备Al2TiO5-Si3N4复合材料较佳的工艺条件为:加入15%的α-Si3N4粉,在氮气气氛中于1 550℃保温2 h烧成.     

三元层状氮化物Ti_4AlN_3材料的合成及微观结构研究

以Ti、Al、TiN粉为原料,采用热压烧结工艺在1400 ℃合成了含少量TiN和Al_3Ti的Ti_4AlN_3块体材料,分别研究了不同原料配比、烧结温度及合成时间下烧结试样的相组成.混合粉Ti/1.2Al/3TiN在1400 ℃下保温2 h所得烧结试样经背散射电子像结合EDS能谱分析,证实成功合成了Ti_4AlN_3材料.烧结试样晶粒尺寸为5～10 μm,晶体呈层状或板状结构,结晶良好,结构致密.相对密度达到99.3%,维氏硬度及电导率分别为3.9～5.1 GPa和1.2×10~6 Ω~(-1)·m~(-1),表明其具有优良的机械加工及导电性能.     

不同烧结助剂制备的Si_3N_4陶瓷的氧化行为

以α-Si3N4粉末为原料,分别以Y2O3-La2O3和Y2O3-CeO2为烧结助剂,利用热压烧结法制备了Si3N4陶瓷。研究了Si3N4陶瓷样品在空气中高温下的氧化行为。结果表明:原始的α-Si3N4在烧结过程中完全转化为β-Si3N4。在1000～1350℃氧化100h后,用Y2O3-La2O3烧结助剂制备的样品表现为质量增加趋势,质量变化小于0.389mg/cm2,其氧化过程符合抛物线规律。用Y2O3-CeO2烧结助剂制备的样品,在1000℃氧化后表现为质量减小,为-0.248mg/cm2;在1230℃和1350℃表现为质量增加,分别为0.024mg/cm2和0.219mg/cm2,并且其氧化过程不符合抛物线规律。样品的氧化过程主要受2个扩散过程的控制,即稀土元素的向外扩散与氧的向内扩散。     

反应烧结制备多孔β-sialon/Si_3N_4陶瓷

以Si粉和Al2O3空心球为原料,采用反应烧结后高温烧结法制备了多孔β-sialon/Si3N4陶瓷。X射线衍射结果表明:在0.25MPa的氮气压力下于1300℃反应烧结2h后在0.25MPa的氮气压力下1700℃及1750℃高温烧结2h,制备的样品的组成为β-sialon(Si6-zAlzOzN8-z,z=3)及β-Si3N4,随着烧结温度由1700℃升高至1750℃,β-sialon的相对质量分数由29.9%增加至56.8%。场发射扫描电镜观察结果表明:1750℃高温烧结样品的显微结构由大孔β-sialon及疏松的β-Si3N4基体组成。1750℃高温烧结后,样品的气孔率为28%,抗弯强度为92.5MPa。     

α-Si_3N_4晶须的制备与分析

采用高频等离子体气相反应法制备的无定型氮化硅超细粉末为原料。通过在 145 0℃氮气气氛下 ,2h的热处理 ,使无定型氮化硅转为α相氮化硅 ,并生长出α -Si3 N4 晶须。试验分析证明所得到的α -Si3 N4 晶须直径为 5 0～ 2 0 0nm ,无明显缺陷 ,其晶须生长方向为〈0 110〉。     

MgO–Al_2O_3–CeO_2复合烧结助剂对放电等离子烧结氮化硅陶瓷致密化和性能的影响

以MgO–Al_2O_3–CeO_2复合体系为烧结助剂,采用放电等离子烧结工艺制备氮化硅陶瓷。研究了MgO–Al_2O_3–CeO_2含量、烧结温度对氮化硅陶瓷显微结构及力学性能的影响;探讨了复合烧结助剂作用下氮化硅陶瓷的烧结机理。结果表明:当混合粉体中Si_3N_4、MgO、Al_2O_3和CeO_2的质量比为91:3:3:3、烧结温度为1600℃时,氮化硅烧结体相对密度(99.70%)、硬度(18.84GPa)和断裂韧性(8.82MPa?m1/2)达最大值,晶粒以长柱状的β相为主,α-Si_3N_4→β-Si_3N_4相转变率达93%;当混合粉体中Si_3N_4、MgO、Al2O3和CeO_2的质量比为88:4:4:4、烧结温度为1600℃时,烧结体抗弯强度(1086MPa)达到最大值。     

HfB_2-Si_3N_4复合材料浆料流变性的研究

采用注凝成型技术研究了HfB2-Si3N4复合材料浆料的流变性能.主要讨论了pH值、分散剂、固相含量、球磨时间等对HfB2-Si3N4复合材料浆料粘度的影响.结果表明:当分散剂用量为8%(体积分数),pH值为10.9,球磨时间控制在15～20 h时,可制得固相体积含量为38%,粘度为600 mPa·s的HfB2-Si3N4复合浆料.     

冲击波合成立方氮化硅

以α-Si3N4粉体作原材料,采用平面飞片加载装置和样品回收装置进行了冲击波压缩合成实验,完整地回收到c-Si3N4,其单次合成出的c-Si3N4达到克量级.在40GPa,3600 K或在65GPa,6200 K的条件下,都有c-Si3N4生成;在45～55 GPa,4000～4500 K的条件下,c-Si3N4的转化率比较高,最高可达80%.在冲击波合成c-Si3N4的过程中,伴随着生成一定量的β-Si3N4.合成出的c-Si3N4粉体团聚体的颗粒尺寸约为1 μm.     

冲击波合成立方氮化硅粉体的耐腐蚀性及热稳定性

以α-Si3N4为原料,采用冲击波法合成了γ-Si3N4粉体。在1660～1690K温度下对γ-Si3N4粉体进行高温稳定性研究并利用氢氟酸对γ-Si3N4粉体进行耐腐蚀性研究。结果表明:真空条件下,在1660K时,γ-Si3N4粉体较为稳定;在1680K时,保温10min和30min后,γ-Si3N4向β-Si3N4的转变率分别为5%和90%。在1690K时,γ-Si3N4在10min内能够完全转变为β-Si3N4。在470K的温度下γ-Si3N4粉体能够与氢氟酸缓慢反应。在490K的温度下,0.2gγ-Si3N4粉体腐蚀5h后,能够与氢氟酸完全反应,生成气体而挥发。     

低氧分压下β-Si3N4制品的氧化烧结

以闪速燃烧氮化法合成的β-Si3N4粉为主要原料,在w(β-Si3N4粉)为80%、w(α-Al2O3粉)和w(Y2O3粉)分别为10%的混合粉料中,外加3%金属铝粉,混练、成型后,在1 600℃的弱氧化气氛(氮气中配入体积分数分别为0、10%、20%、30%的空气)中实现了β-Si3N4制品的逆氮化反应烧结.结果表明:空气配入量为10%时,得到的Si3N4烧结体指标较好;金属铝粉首先发生氧化,新生成的高活性Al2O3可促进烧结的进行;弱氧化气氛烧成时,通过氧分压来控制氧化物的生成量,既避免了Si3N4的过度氧化,又形成了活性烧结.     

原位生成O''''-SiAlON晶须增强铝碳耐火材料

以板状刚玉、石墨为主要原料,基质部分分别添加3%、5%和7%的O’-SiAlON前驱体混合粉(即β-Si3N4微粉、SiO2微粉和α-Al2O3微粉的混合球磨粉),以酚醛树脂为结合剂制成试样,于200℃烘烤后,在空气中埋(SiO2 C)混合粉,分别于1000℃、1300℃、1500℃保温3h原位合成了含O’-SiAlON晶须的铝碳耐火材料。对烧后试样的物理性能、物相及显微结构进行了分析,并对烧结有重要影响的反应进行了热力学分析。结果表明:埋(SiO2 C)混合粉能有效抑制反应体系中SiO2在高温烧结过程中的分解,从而促进O’-SiAlON晶须的原位生成。1500℃时,含有O’-SiAlON前驱体混合粉的试样原位生成了针状和絮状的O’-SiAlON晶须,这些晶须交织于试样的骨料与基质之间,能显著增强试样的强度;且随着O’-SiAlON前驱体含量的增加,试样的强度逐渐增加。