烧结助剂对Si3N4/BN层状复合陶瓷结构与性能的影响

研究了MgO-Y₂O₃-Al₂O₃体系(相应的层状复合陶瓷试样记为A)、Y₂O₃-Al₂O₃体系(相应的层状复合陶瓷试样记为B)及La₂O₃-Y₂O₃-Al₂O₃体系(相应的层状复合陶瓷试样记为C)烧结助剂对Si₃N₄/BN层状复合陶瓷结构与性能的影响.研究表明:在相同的烧结工艺下,试样A、B、C的抗弯强度分别为700、630、610MPa,断裂功分别为2100、1600、3100J/m².试样A、B以脆性断裂为主,裂纹偏转现象不明显,而试样C的载荷-位移曲线显示了明显的“伪塑性”特征,裂纹的偏转与扩展现象明显.试样A中Si₃N₄晶粒大小不均且长径比较小,而试样C中长柱状Si₃N₄晶粒发育完善,有较大的长径比.     

B4C／Al2O3／TiC复合陶瓷的力学性能和微观结构

利用热压烧结工艺成功制备了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷.探讨了TiC含量对B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷力学性能和显微结构的影响,并研究了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷的增韧机制.结果表明,在烧结过程中B4C与TiC发生原位反应,生成了TiB2.发生原位反应有效的降低了B4C/Al2O3复合陶瓷的致密化烧结温度;B4C/Al2O3复合陶瓷烧结温度为2150℃,B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷的烧结温度为1900℃.而且,原位反应提高了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷相对密度和力学性能.裂纹偏转和裂纹钉扎是B4C/Al2O3/TiC复合材料主要增韧机制.     

高温自蔓延燃烧合成的β-Si3N4粉体的烧结

研究了MgO，Al2O3和Y2O3作为烧结助剂对高温自蔓延工艺合成(SHS)的β-Si3N4粉料烧结过程的影响．结果发现，MgO是较为有效的烧结助剂，当其加入量为10wt％时，试样在1600℃下热压烧结能基本实现致密化．对试样的XRD分析表明，除了加入的A1203与β-Si3N4反应生成β-Sialon外，其他烧结助剂都不与β-Si3N4反应，只存在于玻璃相中．添加MgO的试样具有较高的力学性能．最后，对材料的显微形貌进行了SEM观察．     

复合添加剂对氮化硅陶瓷致密化的影响

以MgO-Al2O3-Y2O3体系作为烧结助剂,研究添加荆含量对无压烧结氮化硅陶瓷致密化的影响.对MgO、Al2O3、Y2O3三元添加剂进行单纯形格子设计及回归分析.结果表明,复合添加剂的比例对样品致密化及显微结构有着显著的影响.MgO、Al2O3和Y2O3按一优化比例引入到氮化硅陶瓷时可实现最大致密化速率,同时氮化硅大都呈现长柱状β-Si3N4晶粒,具有较大的长径比,显微结构均匀.     

烧结助剂种类对Si_3N_4/SiC陶瓷力学与摩擦性能的影响（英文）

分别以Y2O3-Al2O3(YA)和Y2O3-MgO(YM)为烧结助剂,采用气压烧结工艺制备了Si3N4/SiC陶瓷,研究了两种不同的烧结助剂对陶瓷的力学和摩擦性能的影响。研究结果表明:添加不同种类的烧结助剂对制备陶瓷的相对密度、抗弯强度、断裂韧性、硬度、摩擦系数和磨损率影响很大;与添加烧结助剂YM相比较,添加烧结助剂YA的Si3N4/SiC陶瓷在烧结过程中表现出了更好的烧结性能,得到的陶瓷样品最终显示了更好的力学和摩擦性能,尤其是SiC添加量为20wt%的Si3N4/SiC陶瓷。这主要归因于烧结助剂YA的添加使Si3N4/SiC陶瓷呈现出了更高的相对密度,获得的晶粒长径比更小。     

Ni和Ti的添加对Al2O3-Ti（C,N）复合材料性能的影响

研究了Ni和Ti的添加对真空热压烧结方法制备的Al2O3-Ti(C,N)陶瓷基复合材料的显微组织和力学性能的影响.发现添加Ni和Ti的复合材料主要由Al2O3、Ti(C,N)和Ni组成,没有发现存在金属Ti.Ti由于非常活泼,在热压烧结过程中可能与石墨模具产生的含C气氛反应生成TiC,或与高温下Ti(C,N)的少量分解产生的N2气氛反应生成TiN,这有利于减少复合材料中的气孔.适量添加Ni可通过液相烧结促进复合材料的致密化,提高复合材料的相对密度,并能通过产生裂纹偏转和裂纹桥联提高复合材料的断裂韧性.热压温度为1550℃、等摩尔比的Ni和Ti混合粉末添加量为5vol%时,Al2O3-Ti(C,N)-Ni-Ti复合材料的相对密度为99.6%,硬度为21GPa,抗弯强度为818MPa,断裂韧性为8.1 MPa.m1/2.     

原值增强SiC陶瓷

实验采用β-SiC为起始原料，Y2O3、A12O3为烧结助剂，通过适当的烧结控制，获得了具有长柱状晶粒结构的α－SiC陶瓷，材料以液相烧结机制密化，在烧结过程中发生了与柱状晶形成有关的SiC晶粒3C→4H相变．材料的力学性能与晶粒的形态即长径比存在一定的依从关系，并显示出原位增强的特性．在较佳工艺条件下，材料的强度和韧性最大值分别达到620MPa、6．1MPa.m（1/2）．压痕裂纹扩展的途径表明，裂纹偏转和晶粒桥联是主要的增韧机理，这得益于其弱的界面结合．     

超重力下燃烧合成大体积凝固态Al2O3/ZrO2（4Y）研究

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)混合粉末,以超重力下燃烧合成方式,制备出Al2O3/ZrO2(4Y)自生复合陶瓷板材,并研究了复合陶瓷微观结构、生长机理与力学性能.XRD、SEM与EDS结果显示,Al2O3/32%ZrO2(4Y)复合陶瓷基体为亚微米t-ZrO2纤维成三角对称分布其上、取向各异的棒状共晶团,而Al2O3/37%ZrO2(4Y)复合陶瓷则以分布均匀的微米级t-ZrO2球晶为基体.Al2O3/32%ZrO2(4Y)复合陶瓷的强化归因于小尺寸共晶团边界及残余压应力增韧、相变增韧机制引发的高断裂韧性所致;同时,细小t-ZrO2球晶所具有的小尺寸缺陷及相变增韧与微裂纹增韧机制所引发的高断裂韧性也使Al2O3/37%ZrO2(4Y)复合陶瓷得以强化.     

热压法制备B4C基复合材料的反应机理

以B4C、Si3N4、α-SiC及TiC为原料,Al2O3 Y2O3为烧结助剂,利用反应热压法制备了性能良好的B4C基复合材料.通过XRD,DSC以及EDAX分析可知:烧结后物相组成发生了变化,最终物相组成为B4C、α-SiC、BN以及TiB2,其中B4C和α-SiC是烧结后试样的主晶相.对本试验的多元体系,根据热力学原理,判断了可能出现的反应热力学行为,确定出了适合本体系的反应方程式,并分析了反应机理.     

氧化铝基复合陶瓷物理和力学性能的研究

采用热压烧结致密化工艺,在1 550,1 600,1 650℃3个不同的烧结温度下,烧结制备了Si3N4含量从0.25w%到6w%的Al2O3/Si3N4纳米复相陶瓷.对所制备的试样进行了密度、硬度、断裂韧性的测试.实验结果表明,所有试样达到了较高的致密度,且致密度随烧结温度的升高而增加.硬度在Si3N4含量为0.75w%和3w%时达到峰值.韧性在Si3N4含量3 w%达到峰值.材料的性能较纯Al2O3陶瓷有较大幅度提高.     

熔盐热析出反应金属化Si3N4与Si3N4的连接

在采用熔盐热析出反应在Ｓｉ３Ｎ４陶瓷表面沉积钛金属膜的基础上,对ＣｕＡｇ合金在金属化表面的润湿性进行了研究,结果表明,ＣｕＡｇ合金能对采用该方法金属化的Ｓｉ３Ｎ４陶瓷实现良好润湿,在此基础上,成功实现了钛金属化Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与Ｓｉ３Ｎ４陶瓷的连接并对连接工艺进行了系统研究。连接界面的ＴＥＭ研究发现,界面上广泛存在Ｔｉ－Ｃｕ－Ｓｉ－Ｎ相并对这种相对连接强度的影响进行了讨论。     

仿生制备多孔氮化硅陶瓷

以松木炭化后形成的多孔木炭为模板,经Y2O3/SiO2混合溶胶浸渍生物碳模板形成Y2O3/SiO2/C复合体,在高压氮气氛下(0.6MPa),1600°C碳热还原氮化制备出牛物形态多孔氮化硅陶瓷.借助XRD、SEM研究了烧结助剂、烧结温度、反应时间和烧结气氛对烧结产物显微结构和晶相的影响,探讨了多孔Si3N4陶瓷的反应过程和机理.结果表明,多孔si3N4陶瓷是由主晶相β-Si3N4和少量晶间玻璃相YsSi4n4O14组成;多孔Si3N4不仅保留了松木的管胞结构,还在孔道中生长出纤维状形貌的β-Si3N4颗粒;Si3N4的反应烧结过程包括α-Si3N4的形成、晶形转变(α-β相变)和晶粒生长三个阶段.在1450°C烧结的机理是气-固和气-气反应机理,在1600°C通过液相烧结的溶解-沉淀机理形成纤维状的多孔Si3N4陶瓷.     

CVI制备Si3N4p/Si3N4透波材料表征与性能

以SiCl4-NH3-H2为反应体系，采用化学气相渗透（CVI）法制备Si3N4p／Si3N4透波材料．XRF测试表明试样主要含Si、N、O三种元素．XRD测试表明复合材料主要成分为α-Si3N4和非晶沉积物和非晶SiO2，并有微量的β-Si3N4和晶体Si，高温热处理可使非晶沉积物转变为α-Si3N4和β-Si3N4．SEM照片显示颗粒团间结合不够致密，残留气孔偏大．试样的弯曲强度最高为94MPa，介电常数为4．1-4．8．     

自韧化氮化硅陶瓷的研究与进展

本文阐述了近年来自韧化Ｓｉ３Ｎ４陶瓷技术的研究情况，对自韧化Ｓｉ３Ｎ４的生长机理、影响柱状Ｓｉ３Ｎ４生长的各种因素，以及自韧化Ｓｉ３Ｎ４的断裂韧性、强度、韦伯模数、Ｒ曲线行为、疲劳行为、蠕变行为、氧化行为、抗热震性和热导做了全面的分析和说明，提出了增韧的技术关键是控制柱状Ｓｉ３Ｎ４的尺寸与玻璃相的合理运用。     

Si粉在空气中燃烧合成Si3N4粉体

经20h机械活化后的Si粉，在空气中可以实现自燃烧合成反应，并表现出二次燃烧现象．燃烧产物的表层与内部具有显著不同的特征，表层产物中以α-Si3N4为主相，并有少量Si2N2O相和非晶SiO2共存，内部为整块的灰白色松散Si3N4粉体，其相组成与反应条件有关．本文研究了经机械活化（MA）处理后的硅粉在空气中燃烧反应的整个过程，证实了机械活化处理后的Si粉在空气中燃烧的可行性，分析了燃烧产物主要是Si3N4而不是SiO2的原因，并通过调整成份实现了对产物相组成的控制．     

Si3N4/BN(f)复合材料的相界面

本文借助高分辩电子普微镜研究了Ｓｉ３Ｎ４／ＢＦ（ｆ）复合材料的相界面。研究发现，ＢＮ纤维的两端与基体结合牢固，界面不易解离，材料民裂过程中纤维很难拔出。材料的韩性主要通过ＢＮ纤维自身（００１）面上的滑移、撕裂和弯曲以及ＢＮ纤维的侧表与Ｓｉ３Ｎ４颗粒的颗上的解离等途径得以提高．     

无压烧结制备Si3N4/SiO2复合材料

以无压烧结工艺制备了Si3N4/SiO2复合材料.实验结果表明Si3N4颗粒对石英基体的析晶起到了抑制作用和增韧补强作用.Si3N4含量为5vol%的样品在1370℃烧结2h后,抗弯强度达到96.2MPa,断裂韧性为2.4MPa·m1/2,介电常数和介电损耗分别在3.63～3.68和1.29～1.75×10-3之间.     

Si3N4/BN层状复合陶瓷抗穿甲破坏实验研究

研究了Si3N4/BN层状复合陶瓷的抗冲击破坏及抗穿甲破坏行为.研究发现:在射钉枪的作用下,处于自由状态的Si3N4/BN层状复合陶瓷比Si3N4块体陶瓷具有更好的抗冲击破坏能力.在7.62mm口径穿甲燃烧弹的作用下,Si3N4/BN层状复合陶瓷的抗穿透能力比Si3N4块体陶瓷略有下降,但仍远远高于45号钢材,而且在实弹冲击后不会像Si3N4块体陶瓷那样整体破坏.     

TiN/Si3N4纳米晶复合膜的微结构和强化机制

采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN/Si3N4纳米晶复合膜的观察发现,这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN/a-Si3N4模型有很大不同：复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶,存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0.5～0.7nm,呈现晶体态,并与TiN形成共格界面.进一步采用二维结构的TiN/Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约＜0.7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化,并与TiN层形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应.由于TiN晶体层模板效应的短程性,Si3N4层随厚度微小增加到1.0nm后即转变为非晶态,其与TiN的共格界面因而遭到破坏,多层膜的硬度也随之迅速降低.基于以上结果,本文对TiN/Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN/a-Si3N4模型的新解释.     

多孔氮化硅表面封孔增强涂层研究

以CaO-SiO2-B2O3体系作为α-Si3N4的结合剂和助烧剂,采用溶胶-凝胶法在多孔氮化硅表面制备了防潮增强涂层.采用X射线衍射(XRD)方法对涂层进行了相结构分析;用扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层的微观形貌;用阿基米德法测量了封孔前后基体的密度、吸水率和显气孔率;分别在SANS电子式材料实验机和1MHz LCR测试仪上测量了封孔前后材料的抗弯强度、介电常数和介电损耗.结果表明:封孔防潮处理使基体吸水率下降了90.99%～96.97%,强度提高了9%～22%,而对多孔体的密度、介电常数和介电损耗影响很小.