自韧Si_3N_4的显微结构控制及其性能研究

选择等摩尔Y_3O_3—La_2O_3为添加剂,利用自韧技术和热压方法制备Si_3N_4陶瓷,在最佳的工艺条件下,室温断裂韧性和强度分别为11～12.5MPa.m~(1/2)和900～1000MPa;1350℃时为22～24MPa.m~(1/2)和720～780MPa,韦伯模量为18.4～24.5。这些性能居国内领先、国际先进水平。 掌握了工艺参数和添加剂量对显微结构和力学性能的影响规律及显微结构和力学性能的相互关系。确定了获得高性能自韧Si_3N_4陶瓷的最优工艺和成分。分析表明,β-Si_3N_4晶粒的平均直径为1μm、长径比为7.5左右并且均匀分布时,对提高性能有利。 通过致密化、α→β相变和β-Si_3N_4晶体生长过程分析及动力学计算,揭示了β-Si_3N_4晶体在在不同方向上的生长规律。 研究发现裂纹偏转是主要的增韧机制,β-Si_3N_4棒状晶的拔出,裂纹分支和桥接也对K_(IC)值有所贡献。观察到β-Si_3N_4晶粒在001]方向存在大量的生长台阶和〔210〕方向上的生长螺线。发现了螺线生长机制。晶体生长缺陷如β-Si_3N_4晶粒异常长大、表面微裂纹及晶粒分支等使性能下降。 实验结果表明,自韧Si_3N_4的氧化符合抛物线规律。1350℃、100h后强度保持率为75％,氧化增重为0.64mg/cm~2。氧化后表面生成的粗大方石英、Y_2Si_2O_7及La_2Si_2O_7等导致裂纹而使强度下降。热震后