反应烧结注浆氮化硅陶瓷材料的性能研究

为了研究注浆法对反应烧结氮化硅抗热震能力及断裂韧性的影响,设计了两种pH值的料浆,采用直接压痕法测定了反应烧结氮化硅陶瓷材料的断裂韧性,并用急冷法研究其热震稳定性.结果表明,pH=11的氮化硅陶瓷试样抗热震的能力优于pH=11.9的试样,前者的断裂韧性可达5.23 MPa·m1/2.     

含稀土助烧剂氮化硅陶瓷的热导率、强度及电学性能

高热导率氮化硅陶瓷作为基板材料有着广泛的应用前景.如何在尽可能保持氮化硅陶瓷机械性能的前提下,提高其热导率是其实际应用的关键,而选择适当的烧结助剂是提高热导率的一个重要途径.本文研究了稀土氧化物种类及CaO、MgO烧结助剂对氮化硅陶瓷的热导率及电学和机械性能的影响,分别采用Y2O3-MgO,Y2O3-CaO,CeO2-MgO,CeO2-CaO,La2O3-MgO和La2O3-CaO 6种烧结助剂,采用放电等离子烧结后热处理的工艺制备氮化硅陶瓷.研究结果表明:氮化硅陶瓷的热导率随着烧结助剂稀土元素阳离子半径的增大有减小的趋势;与添加MgO助烧结相比,添加CaO助烧结不利于氮化硅柱状晶的生长,热导率及强度普遍较低,但硬度较高.采用Y2O3-MgO助烧剂和适当的烧结工艺,可以得到热导率高于80 W/m·K、抗弯强度大于1000 MPa、体电阻率大于1×1013Ωm、介电常数小于10、介电损耗小于3×10-3的氮化硅陶瓷.     

碳化钨对常压烧结氮化硅陶瓷致密化的影响

研究碳化钨对常压烧结Si3N4-MgO－CeO2陶瓷致密化和性能的影响，通过球磨引入适量的碳化钨对烧结氮化硅陶瓷的致密化和性能是有利的，通过控制球磨时间和球料比可控制磨入的碳化钨的含量，当碳化钨含量为3．9wt％时，效果最好，烧结氮化硅陶瓷的相对密度为98．5％，室温抗弯强度为948MPa。     

CeO2,Dy2O3,Yb2O3及Y2O3烧结助剂对氮化硅陶瓷热导率的影响

研究了CeO2-MgO(CeM),Dy2O3-MgO(DyM),Yb2O3-MgO(YbM)及Y2O3-MgO(YM)体系烧结助剂对氮化硅陶瓷的热导率及电学性能的影响.结果表明与YM烧结助剂相比,添加DyM烧结助剂的氮化硅陶瓷热导率较低;添加CeM烧结助剂的氮化硅陶瓷的热导率最高,为85.4W/m·K;添加YbM烧结助剂的氮化硅陶瓷也有较高的热导率,但体电阻率较低.组织分析表明,添加不同稀土元素的烧结体组织形貌基本相同,晶界相不同,添加DyM,YbM和YM烧结助剂的氮化硅陶瓷在烧结过程中分别形成了含氧晶界相Dy2Si3N4O3,Yb2Si3N2O5和Y2Si3N3O4.     

MgO—CeO2烧结助剂对常压烧氮化硅陶瓷致密化和性能的影响

系统研究了ＭｇＯ－ＣｅＯ２烧结助剂对常压烧结氮化硅陶瓷致密化过程及其性能的影响，发现ＭｇＯ－ＣｅＯ２是一咱非常有效的烧结助剂，其致密化效果比单独用ＭｇＯ或ＣｅＯ２要好得多，常压烧结的Ｓ３Ｎ４－ＭｇＯ－ＣｅＯ２陶瓷，相对密度为９８．５％，室温强度可达９４８ＭＰａ。     

SPS脉冲电流在氮化硅烧结中的作用

对电流在氮化硅陶瓷放电等离子烧结过程中的作用进行了研究，采用放电等离子烧结工艺，分别对含助烧剂（Y2O3／MgO）氮化硅（α-Si3N4）粉体，以及用纯氮化硅粉体包覆的含助烧剂粉体进行了烧结；并且考虑到包覆层引起的试样烧结温度的差异，在较低温度进行了无包覆试样烧结。实验结果表明：包覆层明显抑制了氮化硅陶瓷的相转变及晶粒生长。通过与低温烧结试样进行对比，排除了包覆层引起的温度差异的影响，认为是SPS电场在氮化硅的烧结过程中通过导电的液相形成电流，促进了溶解在液相中的氮化硅的扩散，从而加快了相转变及柱状晶生长这些和溶解析出相关的过程。     

氮化硅粉添加剂对反应烧结氮化硅的影响

以Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O和Al(OH)3为烧结助剂,在起始原料硅粉中添加等轴状α-Si3N4和纤维状β-Si3N4,通过调整原料配比,采用反应烧结制备了不同气孔率和抗弯强度的氮化硅陶瓷.考察了氮化硅粉体形貌和添加量对多孔氮化硅陶瓷微观组织和力学性能的影响.借助X射线衍射(XRD),扫描电子显微(SEM)和三点弯曲法对氮化硅陶瓷的微观组织和力学性能进行了研究.XRD分析表明适量氮化硅的添加有利于提高硅粉氮化率,但同时抑制了新生成的氮化硅从α相向β相的转变.SEM表明β-Si-N4纤维的添加造成了陶瓷显微结构不均匀,因而导致陶瓷抗弯强度下降.     

MgO─CeO2烧结助剂对常压烧结氮化硅陶瓷致密化和性能的影响

系统研究了ＭｇＯＣｅＯ２烧结助剂对常压烧结氮化硅陶瓷致密化过程及其性能的影响，发现ＭｇＯＣｅＯ２是一种非常有效的烧结助剂，其致密化效果比单独用ＭｇＯ或ＣｅＯ２要好得多，常压烧结的Ｓｉ３Ｎ４ＭｇＯＣｅＯ２陶瓷，相对密度为９８．５％，室温强度可达９４８ＭＰａ。     

无压烧结SiBON陶瓷的组织结构与力学性能

利用熔石英,六方氮化硼和氮化硅陶瓷粉末,通过冷等静压成型和在不同温度下进行无压烧结的方法制备了SiBON陶瓷复合材料,并对其进行了力学性能测试,分析了材料的物相组成与结构。实验结果表明:通过这种简单高效的工艺可以制得性能较好的SiBON陶瓷复合材料,且可通过控制材料组分和烧结温度调整材料的力学性能,其中,材料的致密度在67.3%～98.4%,抗弯强度为60～170 MPa,断裂韧性为0.8～2.1 MPa.m1/2,弹性模量为48～112 GPa。     

碳化钨对放电等离子烧结氮化硅陶瓷的致密化及力学性能的影响

用氧化铝-氧化钇作为烧结助剂,采用特制的碳化钨球磨罐与球磨子,通过机械球磨的方法向氮化硅陶瓷中引入碳化钨(WC),采用放电等离子烧结技术(SPS)进行快速烧结,制备出了高力学性能的β相氮化硅陶瓷。分析了碳化钨对氮化硅陶瓷致密化及力学性能的影响,结果表明:碳化钨的引入有效地降低了β相沉淀析出并继续生长的激活能,促进了氮化硅陶瓷α相→β相转变,实现烧结试样的致密化;随着碳化钨引入量的增加,烧结试样的抗弯强度从729 MPa急剧增加至1090 MPa,提高了49.5%。