无压烧结SiBON陶瓷的组织结构与力学性能

利用熔石英,六方氮化硼和氮化硅陶瓷粉末,通过冷等静压成型和在不同温度下进行无压烧结的方法制备了SiBON陶瓷复合材料,并对其进行了力学性能测试,分析了材料的物相组成与结构。实验结果表明:通过这种简单高效的工艺可以制得性能较好的SiBON陶瓷复合材料,且可通过控制材料组分和烧结温度调整材料的力学性能,其中,材料的致密度在67.3%～98.4%,抗弯强度为60～170 MPa,断裂韧性为0.8～2.1 MPa.m1/2,弹性模量为48～112 GPa。     

反烧结Si_3N_4复合陶瓷力学性能研究

以TiSi2、SiC和Mo粉为原料,通过反应烧结方法制备Si3N4基陶瓷,并测试其力学性能。结果表明:随着SiC含量的增加,复合陶瓷的硬度和抗弯曲强度先升高然后下降,当SiC含量为40wt%时,复合陶瓷的硬度和抗弯曲强度达到最大值,分别为HRA71和288MPa;随着Mo含量的增加,Si3N4-TiN-MoSi2-SiC复合陶瓷的硬度逐渐提高,而室温抗弯强度则是先增加后减小,当Mo含量为10wt%时,Si3N4-TiN-MoSi2-SiC复合陶瓷的抗弯强度达到最大值,为321MPa。此外随着热震次数的增加,两种复合陶瓷的弯曲强度均下降,在相同的循环次数下,Si3N4-TiN-SiC-MoSi2陶瓷的热震性能优于Si3N4-TiN-SiC陶瓷。     

无压烧结CeO2-ZrO2陶瓷的组织与性能

分别以自制的和商业的CeO2-ZrO2复合粉为原料,采用无压烧结法制备了CeO2-ZrO2复合陶瓷块体材料,分析了烧结温度对两种材料的微观组织和力学性能的影响,并采用X射线衍射法(XRD)研究了两种材料在应力诱导下的t→m相变增韧效应。结果表明:由自制复合粉制得的CeO2-ZrO2陶瓷材料其综合力学性能均比由商业粉制得的陶瓷材料高,并且其应力诱导相变增韧效应更强;此外,在烧结温度为1450℃、保温时间为4h的条件下,由自制复合粉制得的材料的相对密度达到98.7%,其弯曲强度和断裂韧性分别为576MPa及5.6MPa·m1/2,这一结果与该材料在1450℃下充分致密化有关。     

无压烧结制备Al_2O_3-TiC复合陶瓷

本文采用无压烧结方法制备Al_2O_3－TiC复合陶瓷，较详细地研究了助烧剂含量、采用的埋粉种类及烧结温度对烧结体致密度的影响，结果表明，当采用助烧剂CaO含量为Al_2O_3量的0．5wt％采用Al_2O_3＋TiC作埋粉时具有较好的促进体系烧结的作用，在1860℃的烧结温度下，烧结体相对密度为98％。     

包裹Yb_2O_3的ZrB_2-SiC复合材料无压烧结

采用沉淀法制备了表面包裹Yb_2O_3的ZrB_2-SiC-Yb_2O_3复合粉体(不同含量的Yb_2O_3作为烧结助剂),并在1900℃无压烧结制备了ZrB_2-SiC-Yb_2O_3复合材料.研究Yb_2O_3添加量对复合材料致密化和性能的影响.结果表明,Yb_2O_3的添加在促进ZrB_2-SiC烧结致密的同时,也提高了ZrB2-SiC复合材料的力学性能.添加10% Yb_2O_3(质量分数, 下同)的ZrB_2-SiC复合材料的相对密度为89%,抗弯曲强度为158 MPa,断裂韧性为2.95 MPa·m~(1/2).     

Si_3N_4陶瓷的烧结及其显微结构

本文主要研究了Si3N4-MgO-CeO2系陶瓷的常压烧结及其显微结构。MgO和CeO2的组合是Si3N4陶瓷的有效烧结助剂。常压烧结Si3N4-MgO-CeO2陶瓷,最佳成分为Si3N4+5%MgO+5%CeO2,在1800℃保温60min烧结后,其最大相对密度为98.5%,抗弯强度为950MPa。利用XRD、TEM和EDAX分析,确定了烧结Si3N4-MgO-CeO2系陶瓷中玻璃相的主要成分为铈硅酸盐,几乎不含MgO。     

金属Mo元素对双金属增韧Si_3N_4陶瓷组织与力学性能影响

在非均相沉淀法制备的Fe-Mo包覆Si_3N_4陶瓷粉末中添加助剂MgO-Y_2O_3进行常压烧结,采用X线衍射仪(XRD)、电镜扫描(SEM)等方法研究了不同温度下Mo元素对该Si_3N_4陶瓷相组成、显微结构和力学性能等方面的影响。结果表明:Mo元素与Fe及Si_3N_4反应生成Fe_3Mo_3N化合物,温度升高其分解为金属Fe相与MoSi_2,同时组织中出现大量液相促使晶型发生转变并实现液相烧结。该材料在1 650℃时维氏硬度(1507)为最高,在1700℃时密度(3.821 3 g/m^3)抗弯强度(908.2 MPa)、断裂韧性(12.08 MPa·m^(1/2))为最高,当烧结温度为1 750℃时,金属Fe相仍得以保留,生成了极大颗粒MoSi_2,材料微观结构恶化,密度、性能迅速下降,所以最佳烧结温度控制在1 700℃左右。     

无压烧结Si3N4陶瓷在加湿空气中的氧化行为

研究了无压烧结Ｓｉ３Ｎ４陶瓷在１２００℃、在流动的含水汽２０ｖｏｌ％的加湿空气中的氧化行为。研究表明,Ｓｉ３Ｎ４陶瓷在加湿空气中氧化比在自然空气中氧化剧烈。动力学研究表明,Ｓｉ３Ｎ４陶瓷在加湿空气中氧化分两个阶段进行,第一为直接氧化此时,氧化增生与氧化时间成线性关系,第二阶段为钝化氧化,此时,氧化主要通过离子和分子的扩散来完成。     

无压烧结制备YAG多孔陶瓷的工艺及性能

为了能够利用YAG优异的性能开发出更多的功能材料,通过调整无压烧结技术工艺参数成功制备YAG多孔陶瓷材料。结果表明:1500℃烧结的YAG多孔陶瓷的气孔率与1550℃烧结的陶瓷相近,但是1550℃制备的陶瓷具有较多烧结颈使抗压强度较高。保温2 h的样品与保温1 h的样品进行对比表明,保温2 h样品包裹气泡长大使气孔率高,液相较多颗粒联接牢固使抗压强度高。升温速度为5℃/min制备的陶瓷比升温方式10℃/min制备的陶瓷气孔率和抗压强度都高。在800℃排碳所制备的样品的气孔率和抗压强度都比1000℃排碳的高。通过分析工艺参数与性能之间的内在联系,得出烧结温度为1550℃,保温2 h,升温速度为5℃/min,800℃排碳时间1 h制备的YAG多孔陶瓷材料较为适合,其材料气孔率为59.4%,抗压强度为8.55 MPa。     

孔隙率对20%BN/Si_3N_4复合多孔陶瓷力学与介电性能的影响

采用气氛烧结工艺,通过在原料中加入不同体积分数的PMMA球造孔剂制备了气孔率在32.5%～45.8%之间的20%BN/Si_3N_4(体积分数,下同)多孔复合陶瓷材料.显微组织结构分析表明由PMMA球分解造成的孔较为均匀地分布在基体中.研究了气孔率对复合陶瓷力学性能与21～33 GHz微波频率范围内介电性能的影响规律.三点弯曲强度随着气孔率的增加从197 MPa降低至141 MPa,介电常数和介质损耗也随着气孔率的增加而减少,介电常数与Maxwell-Garnet关系符合较好.     

SiC陶瓷表面高温耐碱腐蚀Ca_(0.6)Mg_(0.4)Zr_4(PO_4)_6涂层的制备

采用浆料浸渍涂覆法在SiC陶瓷表面制备Ca_0.6Mg_0.4Zr_4(PO_4)_6(C_0.6M_0.4ZP)涂层,以改善其高温耐碱腐蚀性能.通过在C0.6M0.4ZP溶胶中加入平均粒径为40 nm的C_0.6M_0.4ZP粉体和聚乙烯醇(PVA),制备高固含量的稳定胶态悬浮浆料,并在SiC陶瓷上制备C_0.6M_0.4ZP涂层.浆料固含量为40% (质量分数, 下同)、pH=6、PVA加入量为6%时,在1400 ℃保温3 h烧成后可获得致密的C_0.6M_0.4ZP涂层,一次涂覆涂层厚度可达200 μm,且涂层与SiC陶瓷基体结合良好.经1000 ℃,96 h碱腐蚀后,涂层试样没有明显的质量损失,而未涂覆试样质量损失达到20.1%;涂层试样的强度衰减5.7%,远低于未涂覆试样的40.5%.     

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%.     

YF_3助烧剂氮化硅的烧结及力学性能

以不同含量的YF_3和MgO作为烧结助剂,对Si_3N_4进行热压烧结,研究了烧结助剂含量对氮化硅陶瓷的相对密度、烧结反应、稀土元素分布以及硬度、强度和断裂韧性等力学性能的影响.实验结果表明,仅添加YF_3的样品生成了YSiON四元化合物,而同时添加MgO的样品生成MgYSiO四元化合物;样品的抗弯强度随YF_3和MgO添加量的增加而增加,最高可以达到959 Mpa;而硬度则随着YF3的增加从20 Gpa降低;添加2%YF_3(质量分数)氮化硅陶瓷的断裂韧性在(5.5～5.8)×10~5 Mpa·m~(1/2)之间,随MgO添加量变化不大.     

Si_3N_4-SiC复相耐磨材料的冲蚀磨损性能

以Si粉和SiC为原料,采用半干法冷等静压成型,通过反应烧结成功制备了Si_3N_4-SiC复相耐磨材料.并将其和95Al_2O_3耐磨陶瓷在以水和SiC混合颗粒为冲蚀介质实验条件下,进行液固两相流冲蚀磨损对比实验.结果表明:原料中Si粉加入量为40%～80%(质量分数)试样的耐冲蚀磨损性能优于95Al_2O_3耐磨陶瓷.原料中Si粉加入量为70%试样的耐固液两相流冲蚀磨损性能最好,在平均线速度分别为132和67 m/min的实验条件下的冲蚀率分别仅为0.87%和0.30%.此外,通过SEM观察了冲蚀后试样的显微形貌,探讨了其耐液固两相流冲蚀磨损的机理.     

Microstructures and properties of Si_3N_4/TiN ceramic nano-multilayer films

1INTR0DUCTIONInrecentyears,ceramicsuperhardnesscompositionallymodulatedmultilayerfilmshavebeenactivelyinvestigated.Theresultsshowedthatmultilayerscanc0mbinethepropertiesoftheconstituentmaterialsandhavemoreexcellentpropertiesthanthesingle-layerfilm.Multilayerswithoptimizedinterfaceareasseemt0bem0stpromisingwithrespecttoan0ptimumhardness-to-toughness..ti.[1~5].Especiallyinceramicnano-multilayerfilms,ithasbeenattractingat-tentionbecausethehardnessoffilmsexhibitsmaximumvalue,thatis,so-calledsu…     

界面无氧化膜条件下氮化硅陶瓷和铝溶液的反应

采用一种新的界面无氧化方法,将氮化硅陶瓷浸入铝熔液后移动以除去界面氧化膜,采用X射线衍射、扫描电子显微镜及透射电子显微镜等方法研究氮化硅陶瓷和铝熔液之间的界面反应.研究结果表明,该方法能够有效除去界面氧化膜,使铝和氮化硅陶瓷直接反应生成AlN,但反应很缓慢,明显慢于Si_3N_4/Al薄膜体系以及压实的氮化硅-铝混合粉末体系的反应,界面存在着未反应、铝原子直接生长于氮化硅晶体之上的界面的连接状态.氮化硅陶瓷与铝的直接反应一方面会破坏氮化硅晶格结构,使氮化硅陶瓷腐蚀,缩短使用寿命;另一方面却可促进氮化硅和铝的润湿及连接,有利于制备高性能复合材料.     

凝胶注模成型制备微多孔氮化硅陶瓷

采用凝胶注模法,在无其它添加剂的条件下,通过提高单体含量,成功制备出高性能微多孔氮化硅陶瓷,陶瓷抗弯强度高达137 MPa以上,气孔率高达50%以上,孔中径小于1 μm.结果表明:随着有机单体含量的增加,氮化硅微多孔陶瓷气孔率单调增加;随着固含量的增大,氮化硅微多孔陶瓷气孔率单调下降,抗弯强度先上升然后又下降,固含量有一优化值,此时陶瓷体抗弯强度最大;随着烧结温度的增加,氮化硅陶瓷强度单调增加,而气孔率单调下降.     

Si_3N_4/Ni和Si_3N_4/Ni_3Al的界面固相反应

使用扫描电子显微镜、电子能谱仪、X射线衍射等研究了在N2气氛中1150℃×10 h等温热处理的Si3N4/Ni,Si3N4/Ni3Al平面偶界面固相反应区的形貌、成分分布、显微结构及相组成。结果表明:Si3N4/Ni界面固相反应形成约20μm厚的反应区,反应区主要由Ni3Si构成,其中分布着大量细密的孔洞;而Si3N4/Ni3Al界面固相反应形成约2μm厚的反应区,反应区具有比Ni3Al高得多的Al含量,反应区由NiAl及Ni3Si构成。Si3N4/Ni3Al具有比Si3N4/Ni高得多的界面化学相容性。     

二氧化硅碳还原法制取Si3N4粉的研究

报导了用二氧化硅碳还原氮化法制取高性能Ｓｉ３Ｎ４粉的研究结果。研究了氮化温度、氮化时间、氮气流量等工艺因素对氮化产物的颜色、颗粒形状、粒度和粒度分布以及相结构的影响；分析了非晶态、ＳｉＯ２、ＳｉＣ产物的形成条件。结果表明：氮化工艺因素对氨化产物的性能有明显的影响，采用１４５０℃氮化温度，氮化时间２ｈ，Ｎ２流量２．５Ｌ／ｍｉｎ的工艺条件，能制得高α相比例，颗粒微细和粒度分布均匀的优质Ｓｉ３Ｎ４粉。