高温干燥和潮湿气氛中Si3N4-TiN陶瓷的氧化性能

研究了含35%(体积)TiN次晶相和不同含量的烧结剂的Si3N4基陶瓷在干燥和潮湿气氛中、温度达1 400℃的氧化性能。氧化起始于表面TiO2晶粒生长。氧化过程是由物质传输控制的,其取代了中间相。此传输现象受玻璃相分散和组成变化及湿度的影响,它可以改变玻璃的网络状结构和内扩散速率。自1 200℃开始,Si3N4粒子也被氧化,额外的玻璃形成封闭和残余气孔,产生更加致密的层,具有自我防御功能。在1 400℃,玻璃相结晶成方石英,金红石的顶层变的不连续。只有成分中含少量烧结剂的复合物能保持自我防御氧化模式。     

原位合成Si3N4/BN纤维独石陶瓷高温强度的研究

本实验对原位合成的Si3N4/BN纤维独石高温强度的力学性能进行了研究.实验结果表明Si3N4/BN纤维独石陶瓷具有优异的高温力学性能.单轴排布的纤维独石陶瓷随温度的升高,直至1000℃,抗弯强度基本没有下降.到1200℃,强度还保持在600MPa以上,为室温强度的85%.实验通过扫描电镜SEM观察了材料的显微以及断口形貌,并对此材料具有优异的高温抗弯强度的机理进行了探索.     

不同复合烧结助剂对气压烧结Si3N4陶瓷性能的影响

以Y₂O₃/Al₂O₃、Al₂O₃/MgO和Y₂O₃/Al₂O₃/MgO等为复合烧结助剂,研究烧结助剂类别及烧结温度（1 750、1 800、1 850℃）对气压烧结Si₃N₄陶瓷致密化、显微结构以及力学性能的影响。结果表明：以Y₂O₃/Al₂O₃为烧结助剂所制备样品的抗折强度、硬度和断裂韧性优于其他两种复合助剂制备试样的;Y₂O₃/Al₂O₃复合助剂有利于显微结构中高长径比β-Si₃N₄晶粒的形成。当烧结温度为1 800℃时,以Y₂O₃/Al₂...     

Si3N4粉粒度对振荡压力烧结Si3N4陶瓷的影响

为了提高Si₃N₄陶瓷的烧结致密度,采用振荡压力烧结工艺分别在1 745和1 775℃制备了Si₃N₄陶瓷,主要研究了Si₃N₄粉的粒度（平均粒径分别为0.4、2.0、2.3μm）对Si₃N₄陶瓷的显微结构和性能的影响。结果显示：1)在两种温度的振荡压力烧结工艺下,由三种不同粒度的Si₃N₄粉制备的Si₃N₄陶瓷的相对密度都很大,为99.65%～99.86%,彼此相差很小。2)由平均粒径为0.2μm的Si₃N₄粉在1 745℃烧结制备的试样的微观结构最均匀,其β-Si₃N₄晶粒平均长径比、抗弯强度和维氏硬度均最大,分别达到5.0、（1 364±65） MPa和（15.72±0.8） GPa;由平均粒径为2.3μm的Si₃     

高熵硼化物含量对Si3N4陶瓷显微结构与性能的影响

氮化硅（Si₃N₄）陶瓷具有广泛的工业应用潜力,但其硬度和断裂韧性往往难以兼顾,这会限制到 Si₃N₄陶瓷的应用。为了获得兼具高硬度和高韧性的 Si₃N₄陶瓷,以高熵硼化物(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.2Cr_0.2Ti_0.2)B₂为添加剂,使用放电等离子烧结法在1 600 ℃制备了 Si₃N₄陶瓷材料。研究了(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.2Cr_0.2Ti_0.2)B₂对 Si₃N₄陶瓷的相组合、致密度、显微组织和力学性能的影响。结果表明：与未添加(Hf_0.2Zr_0.2...     

TiN对热压烧结Si3N4–TiN复相陶瓷显微结构和力学性能的影响

研究了TiN的来源(TiN粉、TiO₂粉和TiO₂溶胶)对热压烧结Si₃N₄–TiN复相陶瓷的相组成、显微结构与力学性能的影响。结果表明,当以TiN粉为第二相添加剂时,试样中仅检测到β-Si₃N₄和TiN相,Si₃N₄晶粒与TiN颗粒较粗大,硬度、强度和断裂韧性分别为(15.6±0.3) GPa、(1 058±78) MPa和(11.2±0.6) MPa·m^1/2;当以TiO₂粉为第二相添加剂时,除了β-Si₃N₄和TiN相,还检测到O′-Sialon相,O′-Sialon相的含量为8.7%(质量分数),Si₃N₄晶粒与TiN颗粒均匀细小,样品硬度提高到(16.7±0.4) GPa,强度和断裂韧性没有显著变化,分别为(986±76) MPa和(11.3±0.4) MPa·m^...     

导电 Si3N4 基复相陶瓷研究进展

Si_3N_4陶瓷具有优异的力学性能和导热性能,然而其固有的高硬度和脆性极大地限制了其加工性能。通过添加导电相改善Si3N4陶瓷的导电性能可实现对Si_3N_4陶瓷的电火花加工。添加的导电相主要包括钛基化合物(TiN、TiC、TiC N、TiB_2)、锆基化合物(Zr B_2、Zr N)和MoSi_2等导电陶瓷以及碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)、石墨烯纳米片(GNP)等导电碳基纳米材料。本论文详细回顾了Si_3N_4基导电陶瓷的研究进展,并对今后Si_3N_4基导电陶瓷的发展趋势进行了展望。     

低温热压制备高硬度、高韧性Si3N4–SiCw–ZrB2陶瓷

通常低温热压烧结的Si₃N₄陶瓷具有较高的硬度和较低的断裂韧性;而高温热压烧结的Si₃N₄陶瓷具有较低的硬度和较高的断裂韧性。为了获得高硬度、高韧性Si₃N₄陶瓷,添加20%SiC_w（SiC晶须,体积分数）和2.5%ZrB2,在1 500℃低温热压制备了Si₃N₄基陶瓷,开展其相组成、致密度、显微结构和力学性能研究,并与1 800℃高温热压烧结Si₃N₄进行了对比研究。结果表明：SiC_w的引入阻碍了Si₃N₄低温致密化,致密度从97.9%降低到92.9%,Vickers硬度从20.5 GPa降低到16.4 GPa,断裂韧性从2.9 MPa·m^1/2增加到3.4 MPa·m^1/2。同步引入SiC_w和ZrB₂     

基于激光切割的Si3N4陶瓷断裂韧性测试方法

提出一种采用激光切割技术在Si3N4陶瓷表面预制微小切口,并结合SENB法测定陶瓷材料断裂韧性的新方法。利用连续激光束在陶瓷表面加工出切口,在三点弯曲实验前后分别运用激光共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电镜(SEM)测量切口宽度和深度,而后计算陶瓷材料断裂韧性。在此基础上分析激光输出功率P、激光辐照光斑直径D和激光切割速率Vw与材料断裂韧性值的内在联系。结果表明:输出的激光能量密度达到陶瓷切割加工阈值后,光束在试件表面制得对应切口;切口深宽比为4.3～4.8时测得的Si3N4陶瓷断裂韧性值具有较高精度。     

Sn/Si3N4复合镀层中纳米Si3N4含量测定方法的比较

采用电熔解法溶解Sn/Si3N4复合镀层,以紫外可见分光光度法测定了镀层中纳米Si3N4的含量,并与传统酸溶解及重量法对比。结果表明,电解法在10 min内使镀层完全溶解且在测定波长448 nm处纳米Si3N4溶液的吸光度值与其浓度在10～200 mg/L范围保持良好的线性关系,该方法简单,省时,误差小,回收率98.5%～100%。     

低温热压制备半透明α/βSi3N4复相陶瓷

以α-Si3N4粉为原料、MgSiN2粉为烧结助剂,在1563℃热压1h制备出半透明α/βSi3N4复相陶瓷。X射线衍射分析结果表明,半透明α/βSi3N4复相陶瓷由85%(质量分数,下同)α-Si3N4和15%β-Si3N4组成。半透明α/βSi3N4复相陶瓷具有和Mg-α-SiAlON陶瓷相似的透光性质,样品厚度为0.42mm,其透过率随波长增加而增大,波长在3.3μm处透过率最大,达到66%,在2.0～4.5μm波长范围,透过率保持在50%以上,随后透过率迅速降低,在5.0μm处截止。     

Formation mechanism of elongated β–Si3N4 crystals in Fe–Si3N4 composite via flash combustion

Elongated β–Si₃N₄ crystals have a significant influence on the mechanical property of Fe–Si₃N₄ composite. In this paper, the formation mechanism of elongated β–Si₃N₄ crystals in Fe–Si₃N₄ composite was investigated. During the preparation process, β–Si₃N₄ crystals developed in a spiral and layer growth mechanism in the dense areas. They kept growing from the dense areas and formed radially distributed elongated crystals with hexagonal prismatic morphology as time went on. As for the formation mechanism, the (100) crystal plane of β–Si₃N₄ from Si-N-O melt is mainly the vicinal crystal planes growth with different angles from the (100) crystal plane. At the later stage, the crystallization and the diffusion forces in Si-N-O molten phase decreased. However, the short range diffusion remained active and resulted in the gradient distribution of N content near the boundary. With the temperature decreasing, the disappearance of the short range diffusion implied the end of the crystallization process of the elongated β–Si₃N₄ crystals.     

稀土氧化物对Si3N4陶瓷力学性能和显微组织的影响

采用常压烧结工艺制备了Si3N4-Y2O3-La2O3陶瓷,并对Si3N4陶瓷的力学性能、相组成和显微组织进行了分析和讨论。结果表明:添加4%Y2O3～4%La2O3的复合稀土氧化物后,Si3N4陶瓷呈长柱状的β-Si3N4晶粒,抗弯强度为960MPa,断裂韧性为7.5MPa.m1/2,具有较好的力学性能。     

氧化温度和分散剂种类对Si3N4浆料性能的影响

研究了自蔓延燃烧合成Si₃N₄粉的氧化处理（在空气气氛中分别于400、600、800℃保温3 h）以及添加的分散剂种类（分别为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、木质素磺酸钙）对制备的Si₃N₄浆料的抗沉降性、ζ电位和黏度的影响。结果表明：1)在空气气氛中于800℃保温3 h氧化处理后,粉体中Si₂N₂O含量增多;用其制备的浆料的稳定性最好,ζ电位绝对值较大,黏度最小。2)以六偏磷酸钠作为分散剂制备的Si₃N₄浆料的稳定性较好,ζ电位绝对值最大,黏度最小。3)添加0.021%（w）六偏磷酸钠制备的Si₃N₄浆料的ζ电位绝对值最大,黏度较小。     

致密外壳整体增强Si3N4泡沫陶瓷的制备及性能

采用反应烧结法制备氮化硅泡沫陶瓷,对坯体进行预埋粉处理,烧结得到厚度为500μm左右的致密外壳,最厚处可达693μm。经1 400℃氮化6 h后,外壳的微观形貌为交错排列的晶柱状;氮化温度升至1 450℃时,壳层中晶柱长度有所增加。氮化时间延长至10 h后,外壳的微观形貌均转变为粗晶柱状,降低了晶柱的长径比。外壳使泡沫陶瓷具有一定弹性(杨氏弹性模量为117–352 MPa),其抗压缩强度相对无外壳样品最高提升47%。并且,外部壳层的存在对泡沫陶瓷的开孔率、密度及导热系数影响非常小。     

Si3N4粉体表面化学分析及表面改性

Si3N4陶瓷是一种重要的结构陶瓷,本文着重阐述了Si3N4粉体的表面分析方法,以及为了提高固相体积分数而进行的Si3N4粉体表面改性方面的进展.     

凝胶注模成型制备Si3N4-SiC材料

以SiC颗粒(3.36～0.15 mm)、SiC细粉(≤19μm)、改性Si粉(≤26μm)、改性Al粉、α-Si3N4粉为原料制成固相体积分数为75%的悬浮体,采用凝胶注模成型工艺和氮化烧成工艺制备Si3N4-SiC材料,并研究了SiC系悬浮体的流变特性以及氮化烧成后Si3N4-SiC材料的性能和显微结构。结果表明:1)悬浮体在切变速率10～160 s-1范围内表现出剪切变稀的特征,满足凝胶注模成型的要求;其流变特征符合Sisko模型,流变方程为η=4.625 4+2 172.9γ-0.450 3,拟合流变曲线与试验流变曲线基本吻合。2)脱模后湿坯的抗折强度为16 MPa,体积密度为2.57 g.cm-3;干燥后坯体结构致密,SiC大颗粒被Si粉和SiC粉均匀包裹。3)氮化烧成后试样的Si3N4含量、常温抗折强度和高温抗折强度均高于非凝胶注模成型的工业产品;Si3N4晶体发育完整,形成了Si3N4晶体紧密环绕SiC颗粒的均匀结构。     

B4C对Si3N4/Si2N2O结合SiC材料抗热震性能的影响

首先以Si粉、SiO₂微粉为原料,先在700℃空气气氛处理,然后在1 400℃氮气气氛下合成Si₂N₂O,研究了B₄C添加量(外加质量分数分别为0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%)对Si₂N₂O合成效果的影响。然后根据B₄C最优加入量,先在700℃空气气氛保温5 h,然后在1 400℃氮气气氛保温5 h制备了Si₃N₄/Si₂N₂O结合SiC试样。采用1 300℃风冷5次后试样的抗折强度保持率评价其抗热震性,分析了热震前后试样的物相组成和显微结构。结果表明：1)合成Si₂N₂O的B₄C最优添加量为3%(w);在700℃空气处理时,B₄C优先和气氛中O₂反应生成液相B₂O₃,为1 400℃氮...     

Si粉氮化法合成Si3N4-SiC材料

以SiC、Si粉和Al2O3微粉为主要原料,羧甲基纤维素(CMC)为临时结合剂,采用氮化反应烧结法合成了Si3N4-SiC材料,主要研究了Si粉的粒度(≤0.074、≤0.044 mm)和加入量(质量分数分别为15%、17%、19%、21%)、烧成温度(分别为1 380、1 400、1 420、1 430、1 440、1 460和1 480℃)、Al2O3微粉添加量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%,取代相应量的SiC粉)对Si3N4-SiC材料的显气孔率、体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度、高温抗折强度及Si3N4含量的影响。结果表明:1)采用粒度较细Si粉的试样具有较高的致密度、常温强度、高温抗折强度和Si3N4含量;随着Si粉加入量的增加,试样的致密度略有增大但变化不大,常温强度和Si3N4含量逐渐增大,而高温抗折强度先增大后减小;2)适当提高烧成温度会明显改善Si3N4-SiC材料的高温抗折强度,但当温度超过1 440℃反而略有下降;3)添加Al2O3微粉对烧后试样的致密度、常温强度和高温抗折强度有益。综合来看,Si粉的适宜添加量(质量分数)为17%,较适宜的烧成温度为1 420～1 440℃,Al2O3微粉的适宜添加质量分数为2%。     

立方C3N4陶瓷第一性原理的计算

本文采用第一性原理的密度泛函理论平面波赝势法,通过广义梯度近似电子结构计算对立方C3N4进行了研究,结果表明立方C3N4属于间接能隙的半导体,带宽为2.92eV,C和N的电荷分别为0.44和-0.33,键长为0.14771nm,此外,吸收长波限值为147nm,静态介电常数为4.6。通过计算揭示了立方C3N4不仅有较高的硬度、良好的化学稳定性,而且具有较强的红外线穿透性,对材料在耐磨方面及光学领域的应用具有一定的指导意义。