复合稀土氧化物对氮化硅陶瓷组织和性能影响

采用常压烧结工艺制备了含复合稀土氧化物Y2O3和La2O3的Si3N4陶瓷,并利用万能试验机、显微硬度计、X射线衍射仪和扫描电镜等对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:1600℃时随着烧结助剂的增加,致密度增加;1700℃和1750℃时随着烧结助剂的增加,致密度先增加后降低,添加8％的Y2O3～La2O3在1700℃下烧结60min,Si3N4陶瓷呈长柱状的β-Si3N4晶粒,抗弯强度为960MPa,断裂韧性为7.5MPaom1/2,具有较好的力学性能.     

烧结助剂添加量对微波烧结3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷性能的影响

本文分别以TiO2和MgO纳米粉体为烧结助剂,采用微波烧结技术制备了3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷.研究了烧结助剂含量对材料相组成、致密化及力学性能的影响,通过XRD分析了复相陶瓷中t-ZrO2相的相对量变化,并采用SEM观察了弯曲断裂断口形貌.结果表明:随烧结助剂添加量的增加,微波烧结复相陶瓷的致密度、硬度和弯曲强度均有所增加,均优于传统烧结性能,陶瓷颗粒更细.烧结助剂添加量为0.2wt％ MgO、0.4wt％ TiO2,在1300℃微波烧结30 min时试样的致密度为98.1％,显微硬度和抗弯强度分别达18.9 GPa和626 MPa.     

氮化硅陶瓷的无压烧结工艺优化及性能研究

以α-Si3 N4为原料,Y2 O3和MgO为复合烧结助剂,通过无压烧结制备出氮化硅陶瓷。为了优化实验配方和工艺参数,采用正交实验研究了成型压力、保压时间、保温时间、烧结温度、烧结助剂含量以及配比对氮化硅陶瓷气孔率和抗弯强度的影响规律。结果表明,影响氮化硅陶瓷气孔率的主要因素是烧结助剂含量和配比,而影响其抗弯强度的主要因素是烧结助剂配比和烧结温度。经分析得出,最佳工艺参数为成型压力16 MPa,保压时间120 s,保温时间2 h,烧结温度1750℃,烧结助剂含量12wt％,烧结助剂配比1∶1;经最佳工艺烧结后的氮化硅陶瓷,相对密度为94．53％,气孔率为1．09％,抗弯强度为410．73 MPa。     

放电等离子烧结氮化硅陶瓷刀具材料的摩擦磨损性能

研究了放电等离子烧结氮化硅陶瓷刀具材料(91wt％ α-Si3N4 +5wt％ MgSiN2 +3wt％ Y2O3 +1wt％ CeO2)在干滑动条件下分别与氮化硅陶瓷和轴承钢GCr15的摩擦磨损性能.结果 表明:Si3N4/Si3N4滑动副的摩擦系数和磨损率随着滑动速度的增加而减小,且不同滑动速度下的磨损表面均有明显的犁削特征和剥落,其磨损形式主要为磨粒磨损;Si3N4/GCr15滑动副的摩擦系数和磨损率随着负载的增加先减小后增大,其磨损机理为氧化磨损和粘着磨损.由于氮化硅球的高硬度和轴承钢的相对低硬度,相同条件下Si3N4/Si3N4滑动副的磨损率均大于Si3N4/GCr15.     

添加石墨烯或碳纳米管对Si3N4结合SiC陶瓷强度的影响

以Si3N4结合SiC材料为基础,通过添加不同形态的碳纳米材料来改善其力学性能.采用Si和SiC为主要原料,添加不同含量（1wt％和3wt％）的石墨烯（GPL）和碳纳米管（CNT）,氮气气氛下,在1600℃烧结制备Si3N4结合SiC复合陶瓷材料.对试样的气孔率、体积密度和耐压强度等基本烧结性能进行了测试.借助XRD和SEM等方法对试样的物相组成和显微结构进行了表征.实验结果表明,当石墨烯含量为1wt％时,Si3N4/SiC的耐压强度为207MPa,试样的体积密度及显气孔率较好.当碳纳米管含量为3wt％时,力学性能增强,耐压强度达到了247MPa.     

立方氮化硅粉体的超高压烧结特性

以冲击波合成的立方氮化硅(γ-Si3N4)粉体为原料,添加Y2O3-Al2O3-La2O3系烧结助剂,进行了超高压烧结,研究了在不同烧结温度与压力下,烧结样品的相对密度、力学性能、物相变化及显微结构.经5.4～5.7 GPa和1670～1770 K,保温保压15 min超高压烧结后,烧结制备的氮化硅陶瓷主要由长柱状晶粒组成,显微结构均匀,y-Si3N4已完全转化为β-si3N4.烧结样品的最高相对密度与Vickers硬度分别为99.16%,23.42GPa.     

低温放电等离子烧结法制备氮化硅陶瓷

分别以MgO-Al2O3或MgO-AlPO4作为烧结助剂,采用放电等离子体低温快速烧结方法制备了主相为α相的Si3N4陶瓷材料.采用X射线衍射和扫描电子显微镜分析了样品的物相组成和显微结构;研究了烧结助剂及其含量、烧结温度对陶瓷样品的相对密度与力学性能的影响.结果表明:当采用4%质量分数,下同)MgO-4%Al2O3烧...     

三元复合烧结助剂Er2O3-Mg2Si-Yb2O3对氮化硅陶瓷性能的影响

以Er₂O₃-Mg₂Si-Yb₂O₃为三元复合烧结助剂,制备了力学性能优异的高导热氮化硅陶瓷,研究了Er₂O₃-Mg₂Si-Yb₂O₃体系对氮化硅陶瓷致密化、微观结构、力学性能、热导率的影响。研究表明,当添加5%(质量分数,下同)Er₂O₃+2%Mg₂Si+4%Yb₂O₃烧结助剂时,烧结助剂对氮化硅陶瓷致密度与晶界相含量的平衡效果最佳,此时氮化硅陶瓷具有最佳性能:抗弯强度为765 MPa,断裂韧性为7.2 MPa·m^1/2,热导率为67 W/(m·K)。在烧结过程中,只添加5%Er₂O₃+2%Mg₂Si的烧结助剂产生的液相量少且黏度高,不能使氮化硅陶瓷完成致密化;此外,当添加的Yb₂O₃含量超过4%时,烧结助剂产生大量的晶界相,降低了氮化硅陶瓷的性能。     

半透明氮化硅陶瓷的放电等离子烧结制备及性能

用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)技术,以质量分数(下同)为9%氮化铝(A1N),3%氧化镁(MgO)为烧结助剂,在1850℃烧结5min,成功制备了半透明氮化硅(Si3N4)陶瓷.半透明Si3N4陶瓷在中红外波段表现出良好的透过率,最大透过率为66.4%.SPS的快速致密化过程保证了烧结体具有良好的晶体结构,有利于提高透过率.SPS快速的烧结过程和A1N和MgO的加入能够有效抑制烧结过程中Si3N4陶瓷由α相向β相的转变,是制备光学性能良好的Si3N4陶瓷的关键.报道了半透明Si3N4陶瓷的其他性能.光学性能与其他性能的结合,势必大大拓宽Si3N4陶瓷的应用领域.     

烧结温度对放电等离子烧结氮化硅陶瓷显微结构和力学性能的影响

以亚微米级氮化硅为原料、Al_2O_3–Y_2O_3为烧结助剂,利用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)烧结技术制备氮化硅陶瓷。用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究了烧结温度对氮化硅陶瓷力学性能和显微结构的影响。结果表明,采用SPS烧结技术可在较低温度下获得致密度较高、综合力学性能较好的β相氮化硅陶瓷。随着烧结温度的提高,样品致密度、抗弯强度、断裂韧性均不断增大,在1 550℃时,其抗弯强度和断裂韧性分别达到973.74 MPa和8.23 MPa?m1/2。在1 550℃以下,陶瓷样品中β相氮化硅含量可达到98%,显微结构均匀,晶粒发育良好、呈长柱状,晶间紧密连接,晶间气孔较少。继续升高温度,部分晶粒发生异常长大,产生了更多的显微孔洞,抗弯强度急剧下降。