网状结构Si3N4陶瓷增强金属基复合材料的研究

利用有机前驱体浸渍法制备了Si3N4网络陶瓷预制体,利用液态金属浸渗法制备出Al基、Mg基复合材料：分析了在浸渗过程中浸渗温度、润湿角、浸渗时间、浸渗高度的相互关系。在压力下金属液克服浸渗阻力．使浸渗得以完成。网络陶瓷骨架孔筋表面覆盖一层氧化膜有利于自发娄渗的进行。合金中适量镁元素的存在使平面上发生轻微化学放热反应．对浸渗有利。指出压力浸渗制备铝基复合材料与无压浸渗制备镁基合材料的特点。探计了这种复合材料抗压强度和摩擦磨损性能特点。指出Si3N4／Al复合材料，Si3N4/Mg复合材料抗磨擦性能明显优于基休．抗拉强度大大高于基体。     

无压浸渗制备梯度Si3N4/Al复合材料

采用Al-Mg合金无压渗入具有梯度孔隙分布的Si3N4多孔预制体,制得大尺寸、梯度Si3N4/Al复合材料;对复合材料的显微组织,相组成,硬度进行了观察和测定,分析了层间铝合金薄层在释放梯度层间应力的作用,并采用SHPB装置对梯度复合材料进行动态压缩试验.试验结果表明梯度复合材料层间结合紧密,硬度从HRA80.5逐层过渡到HRA61.5,主要组成相为Al,Si3N4,AlN和Mg2Si;梯度复合材料在动态压缩过程中表现出较高韧性.     

添加TiN改善Si3N4陶瓷加工性的研究

通过添加ＴｉＮ改善Ｓｉ３Ｎ４陶瓷的加工性,结果表明,添加ＴｉＮ含量达３０ｗｔ％,可实现电火花切割加工。     

h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的断裂行为及断裂韧性

以亚微米级α-Si3N4和h-BN粉末为原料,Y2O3-Al2O3为助烧剂,采用热压烧结制备了h-BN/Si3N4陶瓷复合材料.研究3h-BN含量对h-BN/Si3N4陶瓷复合材料断裂韧性及其断裂行为的影响.结果表明:随着h-BN含量增加,柱状β-Si3N4晶粒的直径和长径比均下降;未加h-BN时,β-Si3N4陶瓷以沿晶断裂为主,添加体积含量为6%和8%的h-BN后,复合材料出现明显的沿晶和穿晶断裂,而添加10%h-BN的陶瓷复合材料则以沿晶断裂为主.随着h-BN含量增加,h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的断裂韧性下降,但由于h-BN颗粒对裂纹扩展的影响,因而其下降程度不大.     

温度对Si3N4陶瓷摩擦磨损行为的影响

测定了Si3N4陶瓷与3Cr2W8V钢摩擦副在不同温度下（20－800℃）的磨擦系数与陶瓷的磨损系数,分析了温度对陶瓷摩擦磨损行为的影响,并探讨了陶瓷的磨损机理。     

Si3N4陶瓷球轴承的检验方法

通过分析国内外陶瓷球检测状况,结合国内研制和生产工艺,确定了能表征陶瓷球质量特征的检验项目,即化学分析,密度,断裂韧性,表面缺陷,硬度,压碎强度,孔隙度,显微组织等,提出了陶瓷毛坯球的材质性能,制造质量和显微组织等检验方法,对陶瓷球的研制和生产起到质量控制作用,为陶瓷球的质量检验标准的制定提供了依据。     

不同裂解升温速率制备的Cf/Si3N4复合材料性能研究

以聚硅氮烷为先驱体，研究先驱体转化过程中不同裂解升温速率对制备3D-BCf/Si3N4复合材料性能的影响。结果表明：随着裂解升温速率的提高，陶瓷基复合材料的力学性能明显提高，以10℃/min裂解升温速率制得的陶瓷基复合材料的弯曲强度达604MPa。     

Si3N4/FePd/Si3N4薄膜的晶体结构和磁性能研究

采用磁控溅射的方法制备了Si₃N₄/FePd/Si₃N₄三层膜, 研究了非磁性材料Si₃N₄作为插入层对磁记录FePd薄膜结构与磁性能的影响。结果表明, 热处理后Si₃N₄分布在FePd纳米颗粒之间, 抑制了FePd晶粒的生长, 与纯FePd薄膜相比, Si₃N₄/FePd/Si₃N₄薄膜的颗粒明显得到细化; 通过添加Si₃N₄层, FePd薄膜的晶体学参数c/a从0.960减小到0.946, 表明Si₃N₄可以有效促进FePd薄膜的有序化进程, 同时提升了矫顽力和剩磁比, 分别提高到249 kA/m、0.86; 随着600℃退火时间的进一步延长, 添加Si₃N₄的薄膜磁性没有迅速下降, 在较宽的热处理时间范围内磁性能保持在比较高的水平, 提高了抗热影响的能力。Si₃N₄作为插入层对FePd薄膜的磁性能具有较大的提升作用, 这对磁记录薄膜的发展具有重要意义。     

Si3N4 陶瓷蠕变性能MSP评价方法的理论与实验研究

基于薄板弯曲蠕变模型,对MSP(Modified Small Punch)蠕变试验进行了理论研究,建立了材料蠕变应力指数n的评价公式. 采用有限元分析软件MARC对MSP蠕变试验进行了数值模拟,将数值模拟采用的n值与评价结果n值进行了比较,12Cr1MoV钢和含Cr9%的钨合金钢分别相差1.6%和2.7%;SUS304不锈钢的MSP蠕变试验结果与传统单轴拉伸蠕变实验结果相差仅为2.9%,数值模拟结果的一致性与两种实验结果的吻合验证了理论公式的有效性. 在此基础上,通过对多孔Si3N4陶瓷蠕变性能的研究,发现多孔Si3N4陶瓷在温度为1000℃条件下不仅具有较好的延展性,而且有较大的蠕变变形;应用材料蠕变应力指数的理论公式,得到了多孔Si3N4陶瓷材料的应力指数. 研究结果表明,MSP蠕变试验方法在非金属材料高温蠕变性能的评价上具有广阔的应用前景.     

Si_3N_4原位增强Cu基复合材料的制备

采用感应炉熔炼及水雾化工艺制得了Cu-Si合金粉末,经N2、H2混合气体选择氮化和真空放电等离子烧结(SPS)成型,制备得到了Si3N4原位增强Cu基复合材料(Si3N4/Cu),利用萃取法研究了选择性氮化产物及其晶体结构。结果表明:复合粉末中N含量随氮化温度的升高和氮化时间的延长而增大。在1 000℃下氮化,持续时间大于60h时,粉末中的N含量明显提高;Cu的衍射峰出现整体向大角度方向的明显偏移,同时晶格常数变小,表明Si从Cu基体中脱溶,与N反应生成Si3N4;Si3N4/Cu复合材料的增强体以β-Si3N4为主;随着氮化温度的升高和氮化时间的延长,Si3N4/Cu复合材料的电导率和硬度逐步提高。     

SiC-nanoparticle-reinforced Si3N4 matrix composites

Hot-pressed nanosized SiC-particle (SiC_p-reinforced Si₃N₄ composites have been studied with respect to their microstructures, room temperature mechanical properties and thermal shock resistance. The experimental results indicate that the flexural strength, fracture toughness and thermal shock resistance are all increased by the addition of 5 vol% SiC_p. Further additions of SiC_p, however, have a detrimental effect on these properties. These changes are closely related to the effects of SiC_p on the matrix grain morphology. The mechanisms of nucleation and growth of -Si₃N₄ grains in the presence of SiC nano-particles are discussed.     

Si3N4 rodlike crystal-reinforced MoSi2 matrix composites

A MoSi₂-based composite reinforced with 20 vol.% Si₃N₄ rodlike crystals was fabricated by Spark Plasma Sintering (SPS) process. The microstructure and mechanical properties of the composite were investigated. Relative densities of the monolithic material and composite were above 95%. No reactions between Si₃N₄ and MoSi₂ were observed. The composite containing Si₃N₄ rodlike crystal had higher hardness than monolithic MoSi₂. The room-temperature flexural strength increased 60% compared to that of pure MoSi₂. Especially the room-temperature fracture toughness of the composites was higher than that of MoSi₂, from 3.6 MPa m^1/2 for MoSi₂ to 5.1 MPa m^1/2 for composites with 20 vol.% Si₃N₄, respectively. Besides, the yield strength at elevated temperature and the low-temperature oxidation resistance for 20 vol.% Si₃N₄–MoSi₂ composite exhibited considerable improvement over that of monolithic MoSi₂. These results showed that Si₃N₄ rodlike crystal is an effective reinforcement for MoSi₂.     

氮化硼纳米管增强氮化硅复合材料的裂纹扩展阻力行为

用氮化硼纳米管(BNNT)增强氮化硅(Si₃N₄)陶瓷制备了BNNT/Si₃N₄复合材料, 利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/Si₃N₄复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT/Si₃N₄复合材料微观形貌。基于BNNT增强Si₃N₄陶瓷复合材料的裂纹扩展阻力计算公式, 构建了BNNT对Si₃N₄陶瓷裂纹屏蔽区的裂纹扩展阻力的数学模型。用该模型的计算结果与Si₃N₄陶瓷的裂纹扩展阻力进行了对比。结果表明: BNNT/Si₃N₄复合材料的弯曲强度和断裂韧性明显高于Si₃N₄陶瓷, 说明BNNT对Si₃N₄陶瓷的裂纹扩展有阻力作用, 摩擦拔出是Si₃N₄陶瓷抗裂纹扩展能力提高的主要原因; BNNT对Si₃N₄陶瓷有明显的升值阻力曲线行为。通过有限元模拟裂纹尖端应力分布, 发现BNNT使Si₃N₄陶瓷裂纹尖端的最大应力转移到纳米管上, 而且BNNT降低了Si₃N₄陶瓷裂纹尖端的应力, 对Si₃N₄陶瓷尖端的裂纹有屏蔽作用, 从而提高了Si₃N₄陶瓷的裂纹扩展阻力。     

Production of superplastic aluminium composites reinforced with Si3N4 by powder metallurgy

Superplastic aluminium composites were processed from these fine aluminium powders of less than 20 m and reinforcements of either Si₃N₄ whiskers or Si₃N₄ particulates by hot extrusion at temperatures between 733 and 793 K with a reduction ratio of 1001. The dispersion of the reinforcements was homogeneous, and the size of the grains of this matrix alloy after extrusion was fine, at less than 3 m for the composites reinforced with either Si₃N_4W or Si₃N_4P. All composites showed large superplastic elongations of more than 300% in a relatively high strain-rate range from 4×10^–22 s^–1 at testing temperatures between 788 and 833 K. These superplastic composites also exhibited excellent mechanical properties at room temperature, which are supposedly attributable to both the homogeneous dispersion in reinforcements and the fine-grained structures.     

Interfacial structure of Si3N4 whisker reinforced 7064 aluminium composite

Abstracts are not published in this journal This revised version was published online in November 2006 with corrections to the Cover Date.