反应烧结制备Si3N4/SiC复相陶瓷及其力学性能研究

以两种不同配比Y₂O₃/Al₂O₃ (A, 2:3; B, 3:1, 总量15 wt%)为烧结助剂, 通过添加不同质量分数的SiC粉体,反应烧结制备了高强度的氮化硅/碳化硅复相陶瓷。并对材料的相组成、相对密度、显微结构和力学性能进行了分析。结果表明: 在1700℃保温2 h情况下, 烧结助剂A 与B对应的样品中α-Si₃N₄相全部转化为β-Si₃N₄; 添加5wt% SiC, 烧结助剂A对应样品的相对密度达到最大值94.8%, 且抗弯强度为521.8 MPa, 相对于不添加SiC样品的抗弯强度(338.7 MPa)提高了约54.1%。SiC能有效改善氮化硅基陶瓷力学性能, 且Si₃N₄/SiC复相陶瓷断裂以沿晶断裂方式为主。     

利用传统电炉低温烧结致密Si3N4陶瓷

Si3N4陶瓷具有高硬度、高耐磨以及高抗弯强度等优异特性,常常被应用于冶金、化工以及航空航天等现代化领域.Si3 N4的强共价键使其难以致密化,因此热压烧结和气压烧结是目前制备致密Si3 N4陶瓷最常见的方法.然而极高的烧结温度以及较大的N2压力需求等极其苛刻的制备条件限制了致密Si3 N4陶瓷的基础探索研究和工业化生产应用.因此,本工作提出设计以传统空气电炉作为烧结装置,通过埋碳低温制备致密Si3 N4陶瓷,研究该工艺条件下实验用坩埚、填埋Si3 N4粉体以及烧结试样的物相变化和微观结构,结果表明:(1)Si3 N4的分解使得坩埚表层生成不规则的SiC纤维堆积,较低的氧分压使所埋Si3 N4粉体经烧结后仍存在较多Si3 N4和少量Si2 N2 O;(2)烧结后的试样仅表面存在少量Si2 N2 O,而试样内部并未出现Si2 N2 O相;(3)1650℃低温烧结后试样致密度达到98％以上,显微组织均匀,且具有良好的性能.     

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。     

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.     

原位反应结合多孔Si3N4陶瓷的制备及其介电性能

以氮化硅(Si₃N₄)和氧化铝(Al₂O₃)为起始原料, 利用原位反应结合技术制备Si₃N₄多孔陶瓷. 研究烧结温度和保温时间对Si₃N₄多孔陶瓷的微观结构、力学性能以及介电性能的影响. 结果表明: 烧结温度在1350℃以下, 保温时间<4h时, 随着烧结温度的升高, 保温时间的延长, 样品的强度和介电常数增大; 但条件超出这个范围, 结果刚好相反; 物相分析表明多孔陶瓷主要由Si3N4和Al₂O₃以及Si₃N₄氧化生成的SiO₂(方石英)组成. 所制备的多孔Si₃N₄陶瓷的气孔率范围为25.34%～48.86%, 抗弯强度为34.77～127.85MPa, 介电常数为3.0～4.6, 介电损耗约为0.002.     

Y2O3对反应烧结制备Si3N4多孔陶瓷的影响

采用Si粉混合Si3N4粉反应烧结工艺方法制备Si3N4多孔陶瓷,研究了烧结助剂Y2O3对Si3N4多孔陶瓷的相组成、微观结构、显气孔率和强度的影响,结果表明:在高纯N2气氛,1350℃保温12h条件下,添加5% Y2O3(质量分数)的Si与Si3N4混合粉中粉体颗粒界面位置形成微晶中间相,使硅粉完全氮化并全部生成Si3N4,新生成的的Si3N4有效桥联原料中颗粒,使得多孔陶瓷在显气孔率略降的同时抗折强度由无烧结助剂时的28.1MPa提高到45.2 MPa.     

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.     

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。     

相分离技术制备多孔Si3N4陶瓷

使用苯甲酸作为造孔剂,苯甲酸-无水乙醇溶液作为液相配置Si3N4陶瓷料浆,通过湿法成型制备多孔Si3N4陶瓷坯体。利用固相在不同温度下溶解度不同,通过改变固／液相的分离温度,在陶瓷基体中引入造孔剂。通过改变相分离的温度来实现对多孔Si3N4气孔率的控制。造孔剂苯甲酸可以在低温下挥发,从而减少了排除造孔剂过程中对Si3N...     

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。     

Preparation and Properties of Macroporous Silicon Nitride Ceramics by Gelcasting and Carbonthermal Reaction

1. IntroductionIn recent years, porous Si3N4 ceramics have re-ceived increasing attention for their extensive applicationin many high-tech areas such as bio ceramics[1], cata-lyst supports[2], hot gases filter[3], liquid purification[4],sensors[5], and membrane reactors[6]. Their appeal ismainly because of their unique and inherent proper-ties. Si3N4 ceramics are materials with excellent me-chanical properties, good corrosion resistance and oxida-tion resistance[7]. Since better performance …     

低介电常数多孔氮化硅陶瓷的制备

采用凝胶注模成型工艺,以SiO2含量大于等于95％的空芯玻璃微珠作造孔剂,通过控制造孔剂的加入量和调节造孔剂的孔径成功制备出低介电常数、高强度的多孔Si3N4陶瓷.结果表明,随着造孔剂含量的增加,试样气孔率增大,弯曲强度降低,ε和tanδ都相应降低,ε最低为1.77;在造孔剂加入量为10％时,随着造孔剂的孔径尺寸变大,试样的孔径变大,弯曲强度降低,试样的ε和tanδ也相应降低.当造孔剂含量为10％、孔径尺寸为80μm时制备的多孔氨化硅陶瓷ε为2.13,弯曲强度达到38MPa,适合作为宽频带天线罩的夹层材料.     

无压烧结氮化硅陶瓷的力学性能和显微结构

以MgO-Al₂O₃-SiO₂为烧结助剂,借助XRD、SEM、TEM、EDS、HRTEM等手段,研究了无压烧结氮化硅陶瓷材料的力学性能和显微结构,着重探讨了材料制备工艺、力学性能和显微结构之间的关系,通过调整制备工艺改善材料微观结构以提高材料的力学性能.强化球磨混合的试样经1780℃无压烧结3h后,抗折强度高达1.06GPa,洛氏硬度92,显微硬度14.2GPa,断裂韧性6.6MPa·m^0.5.材料由长柱状β-Si₃N₄晶粒组成,晶粒具有较大的长径比,长柱晶的近圆晶粒尺寸0.3-0.8μm,长度3-6μm,长径比约7-10,显微结构均匀.     

氮化硅网眼多孔陶瓷的制备及性能:(Ⅰ)陶瓷浆料的制备

对原料粉体ξ电位的研究表明,粘结剂硅溶胶加入后,所有粉体的ξ电位在pH=10左右都有不同程度的下降,说明各粉体的分散性得到了提高;同时浆料粘度存在一个最小值,浆料最佳分散pH值在10左右.羧甲基纤维素(CMC)的最佳加入量为0.2 wt%.制备出了适于有机泡沫体浸渍成型的具有一定触变性的陶瓷浆料.     

自韧氮化硅陶瓷技术EI

概述了自韧氮化硅陶瓷技术的最新进展，并对影响柱状氮化硅陶瓷原位形成的因素及影响自韧氮化硅陶瓷断裂韧性的因素进行了分析。     

氮化硅复合陶瓷的制备及其显微结构分析

以Si3N4、SiC为原料,Y2O3、Al2O3、MgO为助剂,在1500℃氮气气氛下采用无压烧结的方式进行烧结。利用SEM和XRD观察分析了材料的组织结构和物相组成,研究了材料的配方、制备工艺和烧结性能之间的关系。结果表明,当SiC含量为5％时,烧结体的空隙率为22．9％,抗弯强度为395MPa,显微结构均匀、晶粒细小。     

直接凝固注模成型氮化硅陶瓷

直接凝固注模成型是一种新颖的原位凝固成型工艺,特别适合于复杂形状陶瓷部件的成型．通过粉体的表面改性、浆料ｐＨ值的调节以及引入高效分散剂等途径制备出了低粘度高固含量的氮化硅浆料,通过直接凝固注模成型可以获得适当的素坯密度和强度．坯体气孔分布均匀,为较窄的单峰分布,断口光滑平整,坯体各部位密度具有很好的均匀性．在相对较低的烧结温度下（１７５０℃）,成型坯体经过无压烧结可达到理论密度的９８％,基本实现致密化．烧结体结构均匀,晶粒均匀生长,发育良好．经１８００℃烧结２ｈ后,抗折强度达７５８．４ ＭＰａ,断裂韧性为６．３ＭＰａ·ｍ^１／２．     

纳米镍包覆氮化硅粉体的制备和磁性能研究

利用一种简单的无催化化学镀法制备了纳米镍晶粒包覆氮化硅陶瓷的复合粉体.通过不同的反应PH值和搅拌工艺对比获得了较为均匀的包覆.利用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对包覆粉体的物相及显微形貌进行表征分析.磁性能测量表明包覆粉体具有良好的铁磁性能和磁各向异性.     

水溶性胶态成型工艺制备氮化硅耐磨结构陶瓷

以氮化硅粉末为原料, 采用水溶性胶态成型工艺制备高耐磨氮化硅陶瓷. 采用正交设计的方法来优化制备高品质注浆料, 并研究了掺杂分散剂后Zeta电位的变化. 同时, 还对氮化硅陶瓷烧结体的显微结构、力学性能和耐磨性能进行了研究. 结果表明: 当氮化硅浆料中固相体积分数为45%时, 可制得体积密度较高的精细氮化硅陶瓷材料, 断裂韧性可达7.21MPa·m^1/2, 硬度为9.30GPa. 通过抗耐磨损实验研究表明: 干摩擦条件下, 氮化硅陶瓷发生了晶粒脆性断裂和脱落; 水润滑条件下, 摩擦表面产生了氢氧化硅 反应膜, 降低了磨损, 主要是化学腐蚀磨损.     

Mechanical Properties of Silicon Nitride

The room temperature mechanical properties of reaction bonded and hot-pressed silicon nitride are reviewed with respect to the microstructure of the material. It is shown that the strength of these compounds is predominantly controlled by microstructural features. These are the volume fraction of porosity and the pore size distribution for reaction bonded Si₃N₄, and the volume fraction of elongated transformed β grains and their grain size for hot-pressed Si₃N₄.