Si3N4含量对Y-Si-Al-O-N涂层组织和性能的影响

以Y2O3、SiO2、Al2O和α-Si3N4为原料,采用料浆喷涂工艺在多孔Si3N4基体表面制备出致密的Y-Si-Al-O-N陶瓷涂层。研究了原料中α-Si3N4含量对Y-Si-Al-O-N熔体结构的影响,以及对涂层组织和性能的影响。结果显示:随着α-Si3N4含量的增加,颗粒状的δ-Y2Si2O7晶粒逐渐增多,板条状的Keiviite-Y晶粒逐渐减少。涂层使多孔Si3N4的吸水率降低了94.2%～95.6%,起到了很好的封孔效果。涂层也使多孔Si3N4的硬度提高了239.3%～527.3%。     

柴油机增压器Si3N4陶瓷涡轮的制造与性能研究

利用热等静压法制备一种金属增韧的Si3N4陶瓷基增压器涡轮。这种新型涡轮既有常规氮化硅材料高强度、高导热系数和低膨胀系数等特性,又在很大程度上克服了陶瓷固有的脆性,增加了金属的可塑性,具有高韧性、高耐磨防腐蚀性能,可以在高强、高压等恶劣环境下工作。用Si3N4陶瓷代替现有K418镍基合金,提高了增压器的响应性,降低了柴油机的排放烟度,消除了涡轮出现的滞后响应。     

采用复合钎料钎焊Si3N4陶瓷

采用TiN／Ag—Cu—Ti复合钎料连接Si3N4陶瓷材料，采用扫描电镜观察了接头组织。TiN颗粒与Ag—cu组织结合紧密，并未与钎料基体进行反应，在钎缝中分布比较均匀，形成了局部金属基复合材料组织。由于颗粒与液态钎料之间能够形成较强的毛细作用，提高了活性元素Ti扩散的能力，Ti元素能够充分扩散到钎料与母材的界面上进行反应，生成一层致密的反应层。接头抗剪强度表明，在一定范围内，采用复合钎料可以明显提高接头强度。     

钎料中Ti元素含量对Si3N4/Si3N4接头界面结构及性能的影响

在900℃保温10 min的工艺条件下采用Ti含量不同的AgCu+Ti+nano-Si₃N₄复合钎料（AgCu_C）实现了Si₃N₄陶瓷自身的钎焊连接,并对不同Ti元素含量的接头界面组织及性能进行了分析.结果表明,接头典型界面结构为Si₃N₄/TiN+Ti₅Si₃/Ag_（s,s）+Cu_（s,s）+TiN_P+Ti₅Si_3P/TiN+Ti₅Si₃/Si₃N₄.随着复合钎料中Ti元素含量的增加,钎缝中团聚的纳米Si₃N₄颗粒逐渐减少,母材侧的反应层厚度逐渐增加后趋于稳定.当Ti元素含量高于4%时,钎缝中形成了类似于颗粒增强金属基复合材料的界面组织;当Ti元素含量达到10%时,有少量Ti-Cu金属间化合物在钎缝中形成;钎焊接头的抗剪强度随着Ti元素含量的增加而呈现先增加后降低的变化趋势,当Ti元素含量为6%时接头的抗剪强度达到最高值,即75 MPa.     

采用Cu-Ti钎料高温连接Si3N4陶瓷

采用Cu80Ti20钎料在1413~1493 K的温度,保温时间5~15 min的工艺条件下分别进行了Si₃N₄陶瓷的高温活性钎焊,在所选工艺条件下均成功得到了无明显缺陷和裂纹的钎焊接头,通过对接头组织和成分的分析,接头的组成为Si₃N₄陶瓷/TiN界面反应层/Cu-Ti化合物+Ti5Si3/TiN界面反应层/Si₃N₄陶瓷.在1413 K保温10min条件下,固溶体中的Ti元素扩散至钎缝与母材的界面并发生反应,形成了致密连续的厚度约为1 μm的反应层.获得了钎焊温度、保温时间、钎缝宽度及界面层厚度等对接头强度的影响规律,在试验中所采用的工艺参数条件下,接头抗剪强度达到了105 MPa.     

Li2O为烧结助剂的Si3N4陶瓷低温烧结过程研究

分别选用Li2O烧结助剂和Y2O3-Al2O3复合烧结助剂作为对比,无压烧结氮化硅陶瓷,研究了Li2O对烧结致密化过程和相变过程的影响。结果表明,以Li2O作为烧结助剂,烧结系统的共晶液相在1200℃产生,颗粒重排可以在较低的温度下进行,且致密化速度较快,氮化硅的α-β相变过程被促进,在1600oC即可得到发育良好的β-Si3N4棒状晶。     

Y2O3对反应烧结Si3N4/SiC复相陶瓷组织和性能的影响

以低压铸造用升液管为研究目的,以Y2O3-Al2O3-Fe2O3为复合烧结助剂,磨切单晶硅废料Si粉和SiC为主料,反应烧结法制备Si3N4/SiC复相陶瓷。研究了Y2O3含量对复合材料结构和力学性能的影响,采用XRD、SEM对复合材料的相组成、微观形貌进行分析。结果表明,反应烧结后试样生成Si3N4结合SiC晶粒为主相的烧结体,并含有少量Sialon晶须及未反应的Si。Y2O3含量对复相陶瓷力学性能影响很大,在分析稀土Y2O3作用机理的基础上,得到2.5%Y2O3优化试样的力学性能优良,相对密度达到88%,维氏硬度达到1.1 GPa,常温抗弯强度50 MPa。     

造孔剂含量对多孔BN/Si3N4复合陶瓷结构和性能的影响

以Si3N4为基体、BN为添加剂,采用添加PMMA造孔剂法制备出具有优良力学性能和介电性能的多孔BN/Si3N4复合陶瓷。通过对材料的物相组成、显微结构、气孔率、孔径分布、力学及介电性能的表征和测试,系统分析了造孔剂含量对材料结构和性能的影响。结果表明:随着造孔剂含量的增加,多孔BN/Si3N4复合陶瓷的气孔率增大,抗弯强度减小,介电常数减小,而介电损耗呈微弱的上升趋势。当造孔剂粒径为2μm,含量为5%(质量分数,下同)时,制备出气孔率达到40.8%,抗弯强度达到(114.67±10.73)MPa,介电常数为4.0,介电损耗为3.3×10-3的高性能多孔BN/Si3N4复合陶瓷透波材料。     

Si3N4颗粒体积分数对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响（英文）

采用压力浸渗法制备Si3N4体积分数分别为45%、50%和55%的颗粒增强铝基复合材料(Si3N4/Al)。研究Si3N4体积分数和T6热处理对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:Si3N4颗粒分散均匀,Si3N4/Al复合材料浸渗良好,没有明显的孔洞和铸造缺陷;在Si3N4颗粒附近的铝基体中,可以观察到高密度位错;Si3N4/Al复合材料的弯曲强度随着Si3N4体积分数的增大而降低;T6热处理能提高复合材料的强度;复合材料的弹性模量随着Si3N4体积分数的增加而线性增加;在低Si3N4体积分数时,可以观察到更多的撕裂棱和韧窝;T6热处理对断口形貌的影响较小。     

EM42与Si3N4陶瓷干摩擦磨损性能的研究

在HT-1000型高温摩擦磨损试验机上对EM42高速钢与氮化硅(Si3N4)陶瓷配副进行干滑动摩擦磨损试验,利用SEM观察并分析了摩擦面的磨损形貌及磨损机理。结果表明:EM42高速钢与氮化硅(Si3N4)陶瓷在干摩擦条件下,随着摩擦速度的增加,摩擦系数的变化幅度和磨损量都逐渐降低。摩擦表面由低速的犁沟、硬质相(MC)的剥离脱落,转向表面硬质相(MC)磨粒对EM42高速钢的挤压犁沟、疲劳脱落,再到摩擦表面润滑膜的最终形成;其磨损机理由低速的EM42高速钢表面的硬质相被撞击破碎或剥落而形成磨粒磨损,氧化疲劳磨损转变为高速表面的氧化疲劳磨损和磨粒磨损。     

浇注成型Si_3N_4-SiC制品的研究

以经过颗粒整形的绿碳化硅及硅粉为原料,以阿拉伯树脂、硅酸钠等为添加剂,制做了氮化硅结合碳化硅制品。在对真空氮化烧结温度控制系统和烧成机理进行分析的基础上,开发制定了合理的氮化烧成工艺曲线。烧结出的浇注成型Si3N4-SiC烧嘴套经过多家公司应用验证,性能优良,可替代进口产品。提高了产品的成品率。     

氮化硅陶瓷中的分形生长

利用透射电子显微镜(TEM)在纳米尺度上直接观察由氮化硅分解出的硅蒸气在蒸发-凝聚过程中产生的分形生长这一实验现象,结合相对应的有限扩散凝聚(DLA)模型以及核晶凝聚(NA)模型,对所获得的分形结构进行了描述和讨论,并探讨了分形生长的发生机理.同时,由实验中所拍摄的一组照片计算其分形维数,分别为Dm1≈1.09,Dm2≈1.52,Dm3≈1.78,其中Dm3≈1.78与DLA模型的理论预测值以及数值模拟结果较一致.     

Ni/Si_3N_4包覆粉体的制备与表征

以Si3N4,NiCl2和水合肼(N2H4·H2O)为原料,采用非匀相形核工艺在Si3N4颗粒的表面包覆一层金属Ni,得到了Ni/Si3N4包覆粉体,利用X射线衍射(XRD)确定了样品的相组成,利用透射电子显微镜(TEM)观察了样品的微观形貌,利用振动样品磁强计(VSM)测定了样品的磁性能.研究发现,适宜反应的pH为11,此时在较宽的Ni和Si3N4剂量比下均可获得纯净的Ni/Si3N4包覆粉体,而且粉体的磁学性能随Ni的相对含量变化而相应变化.     

激光熔覆Si3N4陶瓷层的显微组织与性能

用横流式连续CO_2激光器在金属基材上熔覆Si_3N_4陶瓷。用光学显微镜、透射电镜和X射线衍射仪进行显微组织观察与物相分析。结果表明,以50Wt％Si_3N_4和50wt％(WC Co)配比的混合粉末,选用比能P/dv为42.46J/mm~2时,熔覆层由均匀分布的Si_3N_4颗粒及粘结相组成,且与基材有良好的结合,具有较高的硬度(1600～1800HV)和耐磨性.其主要组成相为α-Si_3N_4、β-Si_3N_4、WC和Co。     

无压烧结Si_3N_4陶瓷在加湿空气中的氧化行为

研究了无压烧结 Si3N4 陶瓷在 1 2 0 0℃、在流动的含水汽 2 0 vol%的加湿空气中的氧化行为。研究表明 ,Si3N4 陶瓷在加湿空气中氧化比在自然空气中氧化剧烈。动力学研究表明 ,Si3N4 陶瓷在加湿空气中氧化分两个阶段进行 ,第一阶段为直接氧化 ,此时 ,氧化增重与氧化时间成线性关系 ,第二阶段为钝化氧化 ,此时 ,氧化主要通过离子和分子的扩散来完成。     

YF_3助烧剂氮化硅的烧结及力学性能

以不同含量的YF_3和MgO作为烧结助剂,对Si_3N_4进行热压烧结,研究了烧结助剂含量对氮化硅陶瓷的相对密度、烧结反应、稀土元素分布以及硬度、强度和断裂韧性等力学性能的影响.实验结果表明,仅添加YF_3的样品生成了YSiON四元化合物,而同时添加MgO的样品生成MgYSiO四元化合物;样品的抗弯强度随YF_3和MgO添加量的增加而增加,最高可以达到959 Mpa;而硬度则随着YF3的增加从20 Gpa降低;添加2%YF_3(质量分数)氮化硅陶瓷的断裂韧性在(5.5～5.8)×10~5 Mpa·m~(1/2)之间,随MgO添加量变化不大.     

用非晶钎料加中间层连接Si3N4陶瓷的试验

采用TiZrCuB非晶钎料并用Cu箔为中间层连接Si3N4陶瓷,研究了钎料成分、钎焊工艺和中间层厚度等对接头室温和高温强度的影响.结果表明:采用Ti40Zr25CuB0.2非晶钎料和70μm厚的Cu箔中间层,在1 323 K,30 min及0.027 MPa压力下钎焊连接Si3N4陶瓷,其接头在室温下的四点抗弯强度最高...     

Si_3N_4复合陶瓷材料的微观组织和断裂机制

使用AEM和HREM研究了添加纳米SiC颗粒和同时添加纳米SiC颗粒及SiC晶须的两种Si3N4 复合陶瓷材料的微观组织和断裂机制。结果表明 ,部分SiC颗粒分布在Si3N4 晶内 ,SiC晶须分布在Si3N4 晶粒之间 ,SiC颗粒和晶须与Si3N4 界面之间不存在第二相组织 ,非晶组织大多分布在Si3N4 三叉晶界。断裂裂纹主要沿晶界和相界面扩展 ,也可能穿过少数Si3N4 晶粒。当裂纹扩展遇到SiC颗粒和 /或SiC晶须时 ,会发生转弯 ,产生分枝裂纹或微裂纹并在Si3N4 晶内和Si3N4 晶粒的断裂表面引起晶格畸变 ,这降低了裂纹扩展能量 ,从而改善复合陶瓷材料的断裂强度和断裂韧性     

压力浸渗法制备Si_3N_(4p)/2024Al复合材料的时效和热膨胀行为(英文)

采用压力浸渗法制备Si3N4p/2024Al复合材料,并研究其时效和热膨胀行为。2024铝合金和Si3N4p/2024Al复合材料的峰时效时间及硬度均随着时效温度的升高而降低。激活能计算结果表明,在Si3N4p/2024Al复合材料中s′相析出比在2024铝合金中容易。Si3N4的加入,未改变析出相的析出顺序,但是加速了析出。在低于100℃时,Si3N4p/2024Al复合材料的热膨胀系数接近Kerner模型(即Schapery模型的上限)和Schapery模型的下限的平均值。由于低的内应力、弥散分布的Al2MgCu析出相对位错的强钉扎作用以及高密度缠绕的位错,时效处理后的Si3N4p/2024Al复合材料具有最好的尺寸稳定性。由于具有良好的力学性能和钢匹配的热膨胀数系以及优异的尺寸稳定性,Si3N4p/2024Al复合材料在惯性导航领域具有广阔的应用前景。