单一添加剂对制备长柱状β-Si3N4的影响

通过添加单一稀土氧化物CeO2,Nd2O3,Eu2O3,Yb2O3和MgO烧结制得长柱状β-Si3N4晶种以用于增韧适合应用于轧辊的氮化硅陶瓷.X射线衍射(XRD)分析表明,这5种添加剂都能有效促进氮化硅从α相到β相的转变;扫描电镜(SEM)分析表明,4种稀土氧化物所制备的晶种其形貌完整性和表观长径比优于MgO添加剂所制备的晶种,而添加离子半径相对较小的Eu2O3和Yb2O3所得β-Si3N4晶种形貌完整性和表观长径比又要优于添加离子半径相对较大的CeO2和Nd2O3,其表观长径比分别为5.33和5.14.     

稀土掺杂氮化硅陶瓷的制备、力学性能和高温氧化性能

选用稀土氧化物(Lu2O3)作为单一添加剂,通过热压烧结法制备了氮化硅陶瓷.对样品进行了力学性能测量,并通过XRD和SEM进行相分析和表面形貌分析.高温氧化实验在1400℃下进行,在空气气氛下氧化100h,通过精密天平称重得到样品的氧化增重曲线,对氧化后样品进行力学性能实验和相分析,并观察表面形貌.实验结果表明,稀土氧化物(Lu2O3)作为烧结助剂能够有效改善氮化硅粉体的烧结活性,使得烧结致密化,主晶相为β氮化硅,具有良好的微观形貌和力学性能.从氧化增重曲线可以得出样品的高温氧化行为服从抛物线氧化规律,表明离子扩散是氧化过程的控速步骤.     

β-Si3N4晶种的制备和自增韧Si3N4陶瓷

分别以Yb2O3和MgO为添加剂，通过对原始α-Si3N4粉热处理的方法，分别在1700℃和1650℃的温度下，制备出了具有柱状形貌的β-Si3N4晶体颗粒。并将这2种β-Si3N4晶粒在未经酸或碱处理的情况下，作为晶种添加到原始α-Si3N4粉中，采用热压烧结工艺，以Yb2O3作为烧结添加剂，在1800℃下制备了自增韧Si3N4陶瓷材料。研究结果表明，以Yb2O3和MgO为添加剂都可以在较低的温度下获得适合于作晶种的β-Si3N4晶体颗粒。2种晶种引入到Si3N4陶瓷中都可以有效地改善材料的断裂韧性，但晶种中的残留相对自增韧Si3N4陶瓷的高温强度产生了强烈的影响。XRD和TEM分析结果表明，含Mg相的存在是导致Si3N4陶瓷高温强度的剧烈降低和促进晶间相析晶的主要原因。     

β-氮化硅粉烧结氮化硅陶瓷热导率

以自蔓延高温合成β-氮化硅粉为原料,添加稀土化合物Y2O3和MgO复合烧结助剂,采用放电等离子烧结后高温热处理的方法制备氮化硅陶瓷。研究β-氮化硅粉体制备致密氮化硅陶瓷的条件。讨论粉体种类(β-氮化硅或α-氮化硅)及SPS保温时间对氮化硅陶瓷热导率的影响。研究表明,采用β-氮化硅粉体制备的氮化硅陶瓷的热导率比采用相同工艺α-氮化硅粉体制备的氮化硅陶瓷高15%以上。采用SPS工艺在1873K烧结5min,然后再在2173K保温3h可以获得致密的氮化硅陶瓷,其热导率高达105W·(m·K)-1。     

稀土氧化物稳定氧化锆陶瓷的铁弹增韧

采用化学共沉淀法制备了5种不同成分的稀土氧化物部分稳定氧化锆的粉体,并通过无压烧结制备了致密的陶瓷块体。测试了样品的物相和晶格结构,并用显微压痕法测定了样品的断裂韧性。结果表明,铁弹增韧效应对陶瓷样品断裂韧性的提高起到了重要的作用。     

陶瓷基复合材料的微观结构和力学性能(英文)

采用添加剂热压烧结制备了短纤维增韧氮化硅基复合材料,并对材料的力学性能和微观结构进行了分析和讨论.结果表明:Y_2O_3-La_2O_3添加剂促进了α-Si_3N_4→β-Si_3N_4的相转变,这个体系经过1800 ℃的热压烧结后,其中的碳纤维产生退化.而经过1600 ℃热压烧结的含LiF-MgO-SiO_2添加剂的体系中,纤维保持完好,晶粒没有发生相转变.两个体系的复合材料的断裂韧性值均高于氮化硅基体的值,其提高幅度均接近20%,这归因于纤维拉拔、裂纹偏转和界面松解机制.     

LaB_6和La_2O_3添加剂对ZrB_2-SiC超高温陶瓷结构与性能的影响

采用SPS工艺制备添加La_2O_3或LaB_6的ZrB_2-SiC陶瓷,测量试样的密度和力学性能,利用扫描电镜和透射电镜观察试样的微观形貌,研究添加镧的不同化合物对ZrB_2-SiC陶瓷显微结构和力学性能的影响,分析添加量对材料力学性能的影响.同时对ZrB_2-SiC-La_2O_3和ZrB_2-SiC-LaB_6陶瓷进行热处理,考察热处理对其力学性能的影响.结果表明,加入2.5%或5%(质量分数, 下同)的La_2O_3或LaB_6添加剂后,材料的室温强度、高温强度、断裂韧性都比无添加剂时要高;当含量相同时,加入LaB_6比La_2O_3更有利于提高陶瓷材料的室温强度;当添加剂的含量为2.5%时,材料的室温强度比较好,当添加剂的含量为5%时,材料的高温强度和断裂韧性比较高.热处理可以提高ZrB_2-SiC-La_2O_3和ZrB_2-SiC-LaB_6陶瓷材料的高温强度.     

部分热压法制备氮化硅多孔陶瓷研究

采用部分热压法,以Y2O3,MgO和CaO为添加剂,制备了气孔率在0.009～0.236的氮化硅多孔陶瓷.结果表明:制备的氮化硅多孔陶瓷是由众多长柱状的β-Si3N4晶粒及部分残余的α-Si3N4构成,气孔由长柱状的β-Si3N4搭接形成,其形状不规则.同时分析了氮化硅多孔陶瓷的力学性能与气孔率的关系,得出了气孔率与抗弯强度及断裂韧性的关系.     

原位生长纳微米纤维自增韧复相陶瓷显微结构与不同尺度多级增韧

通过将ZrO2微米粉末引入铝热剂中,借助铝热燃烧、陶瓷/金属液相分离及共晶反应中的晶体原位生长,制备出原位生长纳微米纤维自增韧Al2O3/ZrO2陶瓷复合材料.研究表明,陶瓷基体主要由以单晶t-ZrO2纳微米纤维为第二相、单晶α-Al2O3为基体且长径比为8.0～16的棒晶构成,并且在棒晶边界上还分布着α-Al2O3片晶、ZrO2微米粒子及Cr金属颗粒.力学性能测试得出,陶瓷的弯曲强度、弹性模量及断裂韧性分别达到1168MPa、410GPa与12.6 MPa·m0.5;裂纹扩展路径观察发现,陶瓷增韧是通过裂纹偏转增韧、纳微米纤维增韧、α-Al2O3片晶的裂纹桥接增韧、延性相增韧及应力诱发相变增韧不同尺度四级增韧机制的协同作用予以实现.     

原位生长纳微米纤维自增韧复相陶瓷显微结构与不同尺度多级增韧

通过将ZrO2微米粉末引入铝热剂中,借助铝热燃烧、陶瓷/金属液相分离及共晶反应中的晶体原位生长,制备出原位生长纳微米纤维自增韧Al2O3/ZrO2陶瓷复合材料.研究表明,陶瓷基体主要由以单晶t-ZrO2纳微米纤维为第二相、单晶α-Al2O3为基体且长径比为8.0～16的棒晶构成,并且在棒晶边界上还分布着α-Al2O3片晶、ZrO2微米粒子及Cr金属颗粒.力学性能测试得出,陶瓷的弯曲强度、弹性模量及断裂韧性分别达到1168MPa、410GPa与12.6 MPa·m0.5;裂纹扩展路径观察发现,陶瓷增韧是通过裂纹偏转增韧、纳微米纤维增韧、α-Al2O3片晶的裂纹桥接增韧、延性相增韧及应力诱发相变增韧不同尺度四级增韧机制的协同作用予以实现.     

晶相组成对Si_3N_4陶瓷介电性能的影响

以MgO-Al_2O_3-SiO_2(MAS)体系作为烧结助剂,采用无压烧结,通过控制烧结工艺,制备出具有不同晶相组成的Si_3N_4陶瓷.研究了晶相组成对氮化硅陶瓷微波介电性能的影响.借助XRD、SEM对Si_3N_4陶瓷微观组织进行了研究.结果表明:在烧结过程中,有中间相Si_2N_2O产生;经1850 ℃、0.5 h烧结,β-Si_3N_4全部转变为具有较大长径比,显微结构均匀的长柱状β-Si_3N_4晶粒;Al~(3+)和O~(2-)能够进入β-Si_3N_4晶体内形成β-Si_(6-x)Al_xO_xN_(8-x)固溶体,使晶体内部产生较大的空隙或晶格畸变,在外电场作用下,易于产生离子位移极化,导致介电常数升高;同时,随着烧结温度的提高,存在于晶界的玻璃相含量增加,试样的介电常数随之升高.     

无压烧结Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4复合陶瓷的组织结构与性能

以Ca_3(PO_4)_2和Si_3N_4为原料,采用无压烧结的方法制备Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4系列复合陶瓷.复合材料中Ca_3(PO_4)_2能与Si_3N_4稳定共存,烧结后未发现有新相生成.随着烧结温度的提高,复合材料的致密度和β-Si_3N_4的相对含量也随之升高,柱状β-Si_3N_4晶粒的生长更加充分,晶粒相互搭接、交织.复合陶瓷的力学性能随着烧结温度的提高而升高,1700 ℃无压烧结复合材料的抗弯强度达到547 MPa,断裂韧性达到7.3 MPa·m~(1/2),从断口照片中可以观察到β-Si_3N_4晶粒的拔出和桥联作用.通过加热试样并在水中骤冷后测弯曲强度的方法,表明Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4复合材料具有良好的抗热震性能.     

In situ synthesis and phase analysis of low density O''-sialon-based multiphase ceramics

In situ formed low density O'-sialon-based multiphase ceramics were prepared by liquid-phase sintering method at 1400°C with Si3N4, SiO2 and Al2O3 as raw materials.Crystalline phases were identified by X-ray diffraction(XRD).The quantitative phase analysis was finished by matrix-flushing method and the substitution parameter x value of O'-sialon was estimated.The effects of sintering additives on the phase composition of the material were studied.The results show that, when using Y2O3 alone, Al6Si2O13 phase...     

比表面积对β-Si_3N_4与SiO_2反应生成Si_2N_2O的影响

以铁合金行业的副产物-硅微粉(SiO_2≥90%,质量分数)和闪速燃烧合成的β-Si_3N_4(β-Si_3N_4≥95%,质量分数)为原料,按质量分数β-Si_3N_4:SiO_2=2:1的比例,分别将比表面积为1.19, 1.67, 2.48 m~2/g的β-Si_3N_4与SiO_2均匀混合、成型,分别经1300、1400、1500、1600 ℃,3 h埋碳(不接触碳)热处理,并对自然冷却后试样进行XRD、SEM分析.结果表明,β-Si_3N_4与SiO_2从1300 ℃开始缓慢反应生成Si_2N_2O,随温度升高到1500 ℃以上时Si_2N_2O反应速度明显加快;在1300、1400 ℃,反应以固-固反应为主,β-Si_3N_4的比表面积对Si_2N_2O生成量的影响越大,比表面积大则Si_2N_2O生成量较高;在1500 ℃以上时,随着硅微粉收缩、液化,将β-Si_3N_4包裹、胶结到一起,反应方式以固-液反应为主,反应速度明显加快,加速了Si_2N_2O的形成,β-Si_3N_4的比表面积对Si_2N_2O生成量的影响不明显.     

SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷制备及性能

以Y_2O_3和Al_2O_3陶瓷粉体作为烧结助剂,对不同含量BN原料配比无压烧结制备SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷,生坯采用注凝成型制备,然后在1780 ℃保温2 h烧结,烧结体主要由板条状的Si_2N_2O及长柱状的β-Si_3N_4晶粒构成,BN晶粒弥散在各晶粒之间.Si_2N_2O相通过反应SiO_2+Si_3N_4=2Si_2N_2O原位生成.Si_2N_2O具有优异的抗氧化性,Si_3N_4具有高的强度,而BN的加入大大提高了材料的可加工性能,材料结合了各相的优异性能.实验结果表明:材料热冲击性能优异,热冲击温差在800 ℃时,材料的弯曲强度还略有提高,1200 ℃时,材料的残余弯曲强度保持不变.     

纳米Si3N4对ZrO2-Y2O3陶瓷涂层耐磨性及耐腐蚀性能的影响

通过在ZrO2-Y2O3为基的陶瓷粉体中添加不同质量分数的纳米SirN4,采用哑音速氧乙炔火焰喷涂制备陶瓷涂层.探讨纳米Si3N4对涂层耐磨性及耐腐蚀性能的影响.结果表明,纳米Si3N4的加入使涂层的显微组织得到改善,减小涂层中的孔隙率,提高涂层的致密度;随着纳米SiN4加入量的增加,涂层的耐磨性、耐碱腐蚀能力呈先上升后下降的趋势;纳米Si3N4添加量为6%时,涂层中品粒细化效果、耐磨性、耐碱腐蚀性最好.     

DESIGN AND PREPARATION OF SILICON NITRIDE COMPOSITE WITH HIGH FRACTURE TOUGHNESS AND NACRE STRUCTURE

ＤＥＳＩＧＮＡＮＤＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮＯＦＳＩＬＩＣＯＮＮＩＴＲＩＤＥＣＯＭＰＯＳＩＴＥＷＩＴＨＨＩＧＨＦＲＡＣＴＵＲＥＴＯＵＧＨＮＥＳＳＡＮＤＮＡＣＲＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＹＨｕａｎｇ；Ｈ．ＮＨａｏ；Ｙ．Ｌ．ＣｈｅｎａｎｄＢ．Ｌ．Ｚｈｏｕ（１）Ｄｅ...     

SiC_(sf)/Si_3N_(4p)混杂增强BAS陶瓷基复合材料的制备及其结构与性能的研究

采用热压烧结方法制备出致密的SiC短纤维和Si_3N_4颗粒复合增强的BAS玻璃陶瓷基复合材料.利用XRD、SEM、TEM和3点弯曲等分析测试手段研究了物相组成、显微结构、界面结构及室温力学性能.结果表明,BAS能有效地促进复合材料的致密化和实现Si_3N_4的α→β相转变.复合材料中的BAS为六方相,SiC短纤维具有热压取向性,与BAS基体之间的界面结合紧密.SiC短纤维和Si_3N_4颗粒对BAS有较为显著的强韧化效果,复合材料的室温弯曲强度和断裂韧性为298 MPa和4.38 M Pa·m~(1/2),比纯六方BAS玻璃陶瓷分别提高了247%和143%.     

高温氮化反应制备α-Sialon

采用Si_3N_4、AlN和Li_2CO_3为原料,以Y_2O_3、CaF_2为添加剂,利用高温氮化反应合成得到不同阳离子掺杂的α-Sialon.并借助XRD和SEM等测试手段,研究了合成温度(1450, 1500, 1600, 1700 ℃)、添加剂(5.0%CaF_2、5.0%Y_2O_3、2.5%CaF_2+2.5%Y_2O_3,质量分数, 下同)等因素对试样反应产物的物相组成、晶面间距及晶粒微观形貌的影响.结果表明:采用Si_3N_4、AlN和Li_2CO_3等为原料,以(2.5%Y_2O_3+2.5%CaF_2)作为复合添加剂,利用高温氮化法在0.9 MPa的流动氮气中1700 ℃下保温3 h合成得到了不同阳离子掺杂的α-Sialon,在显微形貌中可见到长柱状晶粒.提高反应温度能够促进α-Sialon的合成;不同添加剂的试样由于阳离子的离子半径以及Al、O固溶量的不同导致形成的α-Sialon晶面间距不同.