放电等离子快速烧结SiC晶须增强Si3N4BN层状复合材料

采用放电等离子烧结技术（SPS）快速烧结了SiC晶须增强的Si3N4/BN层状复合材料。利用SPS技术，在烧结温度为1650℃，保温15min的条件下，材料的密度可达3．18g/cm^3, 抗弯强度高达600MPa，断裂功达到3500J/m^2。研究表明；特殊的层状结构，SiC晶须的拔出与折断是材料断裂功提高的主要原因。X射线衍射及扫描电子显微镜研究表明：α-Si3N4已经在短短的烧结过程中全部转变成长柱状的β-Si3N4，并且长柱状的β-Si3N4和SiC晶须具有明显的织构。     

放电等离子快速烧结SiC晶须增强Si3N4BN层状复合材料

采用放电等离子烧结技术(SPS)快速烧结了SiC晶须增强的Si₃N₄/BN层状复合材料.利用SPS技术,在烧结温度为1650℃、保温15min的条件下,材料的密度可达3.18g/cm³,抗弯强度高达600MPa,断裂功达到3500J/m².研究表明:特殊的层状结构、SiC晶须的拔出与折断是材料断裂功提高的主要原因.X射线衍射及扫描电子显微镜研究表明:α-Si₃N₄已经在短短的烧结过程中全部转变成长柱状的β-Si₃N₄,并且长柱状的β-Si₃N₄和SiC晶须具有明显的织构.     

定向SiC晶须增韧Si3N4陶瓷的制备及热震性能研究

通过SiC晶须在载体纤维中定向挤出和热压烧结工艺制备了高度定向SiC晶须增韧Si3N4复合材料,利用SEM观察了晶须的定向方向和复合材料的断口形貌.实验结果表明,70%以上SiC晶须的定向角在0～10°之间,具有较好的方向性.过高的烧结温度和晶须含量使材料抗弯强度降低.晶须定向方向的断裂韧性(单边切口垂直于定向晶须)比横向方向高出20%.1000和500°C温差的热震实验表明,定向SiC晶须复合材料比随机SiC晶须复合材料的抗热震性能高得多.     

Si_3N_4颗粒和纳米SiC晶须强韧化MoSi_2基复合材料

用真空热压法制备了Si3N4颗粒和纳米SiC晶须强韧化MoSi2基复合材料。采用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜分析了该材料的物相、微观组织结构和断口形貌,测算了其致密度、晶粒尺寸、抗弯强度和断裂韧性。结果表明:复合材料致密性好;添加的Si3N4和SiC与基体有着很好的化学相容性;与纯MoSi2相比,复合材料晶粒明显细化,抗弯强度和断裂韧性明显增加。其中MoSi2+20%Si3N4+10%SiC抗弯强度达400MPa,比纯MoSi2提高了58.7%;断裂韧性达6.1MPa.m1/2,比纯MoSi2提高了108.9%。复合材料的强化机制为细晶强化和弥散强化;韧化机制为细晶韧化、裂纹偏转和裂纹微桥接。     

β-Si3N4单晶体的制备

在自增韧Si3N4陶瓷的烧结过程中,添加作为晶种的长柱状β-Si3N4单晶体对于改善陶瓷的强度和韧性是非常有效的。本研究旨在制备出长柱状β-Si3N4单晶体,并对其尺寸和形貌进行有效的控制。通过对87.3wt/α-SiN4 8.3wt/Y2O3 4.4wt/SiO2体系进行气压烧结,经去除掉玻璃相等漂洗工艺后,制得β-Si3N4单晶体,其直径为1－2μm、长度为4－6μm。同时对不同烧结工艺下制得的β-Si3N4单晶体的尺寸和工艺参数的关系进行了研究。     

Si_3N_4/BN_(f)复合材料的相界面

本文借助高分辨电子显微镜研究了Si3N4／BN（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，材料断裂过程中纤维很难拔出．材料的韧性主要通过BN纤维自身（001）面上的滑移、撕裂和弯曲以及BN纤维的侧表面与Si3N4颗粒的界面上的解离等途径得以提高．     

CVD BN界面层对Si3N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响

连续Si3 N4纤维以其优异的热稳定性、高温力学性能和介电性能,被认为是耐高温陶瓷基透波复合材料的候选材料之一.采用连续Si3 N4纤维为增强体,以BCl3+NH3+H2+Ar反应体系,利用化学气相沉积工艺在Si3 N4纤维表面制备了BN界面层,并以聚硅硼氮烷为陶瓷先驱体,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了Si3 N4/SiBN复合材料.研究了CVD BN界面层的合成及其对Si3 N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响.结果表明:在Si3 N4纤维表面获得了均匀致密的BN界面层,该界面层有效改善了复合材料中纤维/基体的界面结合力,复合材料显示出典型的韧性断裂特征.当界面层的厚度为200 nm时,Si3 N4/SiBN的弯曲强度和断裂韧性分别为182.3 MPa和17.3 MPa·m1/2,比无涂层的复合材料分别提高了59.6％和94.4％.     

原位无压烧结制备Si2 N2O-Si3 N4复相陶瓷

以Y2O3和Al2O3陶瓷粉体作为烧结助剂,原位无压液相烧结制备Si3N4-Si2N2O复相陶瓷,Si2N2O相通过SiO2 Si3N4 2Si2N2O反应生成.生坯采用注凝成型制备,然后在1780℃保温2h烧结,烧结体基本由板条状的Si2N2O及长柱状的β-Si3N4晶粒构成.Si2N2O陶瓷相对于Si3N4陶瓷而言,具有优异的抗氧化性能,低的弹性模量,以及低的热膨胀系数,因此,Si2N2O-Si3N4复相陶瓷结合了两者的优异性能,并大大提高了材料的热冲击性,材料的热冲击温差即使达到1200℃,其残余强度基本上没有变化.     

Si3N4-SiC—TiN陶瓷反烧结制备工艺研究

以TiSi2、SiC和Mo粉为原料,在毛坯孔隙率、SiC含量及Mo含量不同的情况下进行反应烧结制备Si3N。基陶瓷。结果表明：随着毛坯致密度的增加,复合陶瓷的致密度先增加后减小,而TiSi2的转化率却一直下降;随着SiC含量的增加,复合陶瓷的致密度先增加后减小,致密度在SiC含量为40％时达到最大,而TiSi。的转化率随SiC含量增加而增加;此外,随着Mo含量的增加,复合陶瓷的致密度也略有增加;氮化硅相主要以针状晶粒、等轴颗粒、棒状晶粒和晶须存在,而在Si3N4-TiN—MoSi2--SiC复合陶瓷中出现弯曲的丝状Si3N4相。     

反应烧结Si3N4/SiC复相陶瓷合成工艺优化的研究

利用反应烧结制备Si3N4结合SiC复合材料.设计了L9(34)正交试验方案,研究了原料中Si、添加剂Al2O3、Y2O3的含量对复合材料力学性能的影响,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、断口形貌进行分析.结果表明,反应烧结后试样生成了颗粒状的α-Si3N4、针状或棒状的β-Si3N4和少量的Sialon,其中针状或棒状的β-Si3N4和SiC形成三维网络结构,提高了材料的力学性能.优化实验得到的试样力学性能显著提高,其中维氏硬度2205、抗弯强度410MPa、断裂韧性为8MPa·m1/2.     

陶瓷颗粒填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

利用MHK－500型坏－块磨损试验机,对陶瓷颗粒SiC,Si3N4,BN和B2O3填充的聚四氟乙烯（PTFE）复合材料在干摩擦条件下与GCr15轴承钢对摩时的摩擦磨损性能进行了较为系统的研究,并利用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜对PTEF复合材料的摩察表现进行了观察,结果表明,添加B2O3降低了PTEF的摩擦系数,而添加SiC,Si3N4及BN则增大了PTFE的摩擦系数,但是,SiC,Si3N4,BN和B2O3均可将PTFE的磨损量降低1－2个数量级,其中以Si3N4的减磨效果最好,B2O3的减磨效果最差。     

晶种对自增韧Si3N4显微结构和性能的影响

采用热压烧结－高温气压处理的方法研究了棒状β－Ｓｉ３Ｎ４晶种对Ｌａ２Ｏ３－Ｙ２Ｏ３系自增韧Ｓｉ３Ｎ４显微结构和性能的影响。结果表明,加入晶种将在组织中引入粗大柱状β－Ｓｉ３Ｎ４晶粒,分布均匀;随着晶种加入量的增加,粗大柱状β－Ｓｉ３Ｎ４晶粒数量增加,组３织明显粗化。当晶种加入量较小时（１０ｖｏｌ％）,材料具有较高的断裂韧性（￣１２ＭＰａｍ＾１／２）,同时保持较高的强度（８００￣９００ＭＰａ）,而当晶种加入量较大时,则表现为抗弯强度的明显下降。分析表明,大晶粒直径及其面积百分数是影响断裂韧性的主要因素。     

低纯度β-Si3N4粉末的无压烧结及其性能

为了降低氮化硅材料的成本,运用便宜的低纯度β-Si3N4粉末,通过无压烧结制备了氮化硅材料. 发现β-Si3N4粉末具有很好的烧结性能,得到的结构是由柱状颗粒和小球状颗粒形成的嵌套结构,结构组成均匀,没有晶粒的异常生长. 所得材料的抗弯强度为587MPa,韧性达到5.3MPa·m1/2,说明可在一般条件下使用.     

原位引入BN-SiC燃烧合成Si3N4-BN-SiC复合材料

Si₃N₄-BN-SiC复合材料以其良好的力学性能和抗氧化性能而具有良好的工程应用前景。本研究以Si、Si₃N₄稀释剂、B₄C和Y₂O₃为原料, 采用燃烧合成法成功制备了Si₃N₄-BN-SiC复合材料。通过Si、B₄C和N₂气之间的反应, 在Si₃N₄陶瓷中原位引入BN和SiC, 制备的Si₃N₄-BN-SiC复合材料由长棒状的β-Si₃N₄和空心球形复合材料组成。实验研究了空心球微结构的形成机理, 结果表明, 生成的SiC、BN颗粒及玻璃相覆盖在原料颗粒上, 当原料颗粒反应完全时, 形成空心球形微结构。并进一步研究了B₄C含量对Si₃N₄-BN-SiC复合材料力学性能的影响。原位引入SiC和BN在一定程度上可以提高复合材料的力学性能。当B₄C添加量为质量分数0~20%时, 获得了抗弯强度为28~144 MPa、断裂韧性为0.6~2.3 MPa·m ^1/2, 杨氏模量为17.4~54.5 GPa, 孔隙率为37.7%~51.8%的Si₃N₄-BN-SiC复合材料。     

Si_3N_4晶须对TiC_(0.7)N_(0.3)-WC-TaC-Mo-(Ni,Co)金属陶瓷组织和性能的影响研究

采用粉末冶金工艺制备了含有不同亚微米级Si3N4晶须含量的Ti(C,N)基金属陶瓷材料。利用密度测试仪、抗弯强度测试仪、维氏硬度测试仪、X射线衍射分析仪和扫描电镜等仪器设备检测分析了材料的力学性能和组织结构,研究了亚微米级Si3N4晶须对Ti(C,N)基金属陶瓷材料的组织结构和性能的影响。结果表明,本实验采用的球磨混料工艺,能较好地将各原始组元充分分散,均匀分布。添加到Ti(C,N)基金属陶瓷材料中的Si3N4晶须能通过桥联和拔出机制增加材料断裂韧性,提高材料断裂强度和显微硬度。但是,大长径比Si3N4晶须会引起材料孔隙率上升,对材料性能产生不利影响。     

SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的力学性能

以连续SiC纤维为增强体,采用前驱体浸渍裂解工艺,在复合材料基体中引入SiC晶须制备出多级增强的SiCf/SiC-SiCw复合材料,并采用化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层,研究了SiC晶须及其表面BN界面层对复合材料的性能影响.结果表明:在复合材料中引入SiC晶须后,由于晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等作用增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使SiCf/SiC复合材料的压缩强度有明显提高,当引入体积分数为20％的SiC晶须时,复合材料压缩强度提高了22.6％,可达673.9 MPa.通过化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别为414.0,800.3 MPa和22.2 MPa·m1/2,较SiC晶须表面无界面层时分别提高了13.9％,8.8％和19.0％.     

不同气氛下烧结的α-Sialon/SiC(w)复合材料

本工作运用透射电子显微镜（TEM）对N2以及N2＋CO两种不同气氛下制备α－Sialon／SiC（W）复合材料的显微结构进行了观察．实验揭示了两种复合材料具有明显不同的相界结构：N2气氛下制备的材料中，基体与晶须间的界面结合牢固；而在N2＋CO气氛下，由于CO气体与SiC晶须表面发生化学反应生成SiO2；导致相界面上渗入一层很厚的玻璃相．两种相界结构均导致材料性能的下降.本工作提出了改进α－Sialon／SiC（w）复合材料显微结构的几个可能的途径.     

Si3N4薄膜的成分与结构研究

通过PECVD方法,在Si基体表面制备了Si3N4薄膜,给出了XRD、TEM、AES、DPS的分析结果,表明Si3N4是非晶态结构,薄膜的主要成分是Si3N4,SEM分析结果显示Si3N4薄膜与基体材料的结合强度高,薄膜致密性好.     

晶须增强CMCs多种增韧机制的耦合效应

采用统计学的方法分析、描述了与晶须随机取向相关联的多种机制的耦合效应,给出了裂纹尾流区架桥应力的理论形式,讨论了晶须/基体界面解离对增韧特性的影响.结果表明,解离越大架桥应力曲线越平缓,增韧效果越显著,但是增韧过程越长.对SiC晶须增强Si3N4材料的理论拟合结果表明,耦合增韧模型基本上反映了晶须增强CMCs增韧过程的内在作用方式.     

Si3N4/SiC层状结构陶瓷摩擦磨损性能研究

利用Falex多重样品球-三块式的摩擦磨损试验机,重点研究了单层Si3N4陶瓷,9层和5层Si3N4/SiC层状结构陶瓷在不同的外加载荷、不同的界面应力分布大小、不同的表面组成与层状结构陶瓷的摩擦磨损性能的关系.结果表明:随着外加载荷逐渐加大,材料的耐磨损性能降低,表现为达到磨损突变点的时间缩短,磨痕直径变大;界面残余压应力对层状结构陶瓷耐磨损性能的提高起着重要的作用,9层结构陶瓷的界面残余压应力高出5层结构的层状陶瓷20%左右,表现出更高的耐磨损性能;SiC Si3N4两相复合陶瓷极大地提高了材料表面的耐磨损性能,在同样外加载荷下,表现为达到磨损突变点的时间更长,磨痕直径更小.