Si3N4／SiC纳米复合陶瓷的制备,结构和性能

Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＣＵ纳米复合陶瓷是近年发展起来的高温高温度结构材料，它通过纳米ＳｉＣ颗粒在Ｓｉ３Ｎ４基体中的弥散达到强化增韧的效果。研究表明，这种增韧方法所获得的室温和高温机械性能均远远高于其它的增韧方法。本文综述了Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＣ纳米复合陶瓷在制备、结构和性能方面的研究成果，指出了尚待解决的问题和今后的研究方向。     

纳米SiC—Si3N4复合粉体的制备及研究

本文以炭黑和气凝氧化硅为原料，采用碳热还原氮化的方法制备纳米ＳｉＣ－Ｓｉ３Ｎ４复合粉体；复合粉中ＳｉＣ的含量由起始粉中Ｃ：ＳｉＯ２的摩尔比控制。在复合粉体的表征中用ＸＲＤ线宽法测量ＳｉＣ粒径大小。ＴＥＭ照片显示Ｓｉ３Ｎ４粒径在１００￣２００ｎｍ；ＳｉＣ为纳米级。文中还对生成复合粉体的反应机理进行了探讨。同时利用这一工艺制备出单相的Ｓｉ３Ｎ４粉和ＳｉＣ粉。     

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。     

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。     

(AlCrTiZrNb)N/Si3N4纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

采用多靶磁控溅射系统,使用AlCrTiZrNb合金靶和Si靶制备了不同Si_3N_4厚度的(AlCrTiZrNb)N/Si_3N_4纳米多层膜,样品基底为单晶硅。通过X射线衍射仪(XRD)、高透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕仪对样品进行微观组织的表征和力学性能的测量。实验结果表明,随着Si_3N_4层厚度的增加,样品的结晶度和力学性能均先增加后减小,XRD图谱中出现面心立方相结构。在Si_3N_4层厚度为0.5 nm时,(111)衍射峰强度达到最大值。说明薄膜结晶度最强,薄膜的硬度和弹性模量也达到最高值,分别为30.6,298 GPa。通过对样品的横截面的形貌观察,发现当Si_3N_4层厚度为0.5 nm时,多层膜的多层结构生长良好。在(AlCrTiZrNb)N层的模板作用下,Si_3N_4层从非晶态转变为面心立方结构,与(AlCrTiZrNb)N层之间形成共格外延生长结构,(AlCrTiZrNb)N/Si_3N_4纳米多层膜的强化可归因于两调制层之间形成的共格界面。     

Si3N4对碳/碳复合材料表面SiC涂层耐磨性的影响

为了提高碳/碳复合材料表面SiC涂层的耐磨性,采用包埋法和氮化处理制备SiC/Si₃N₄涂层。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）及摩擦磨损试验,分别评价SiC涂层与SiC/Si₃N₄涂层的表面形貌、物相组成、磨损形貌及摩擦磨损性能,并研究涂层显微组织结构与磨损机理之间的联系。结果表明：SiC/Si₃N₄涂层由Si₃N₄相、SiC相和C相组成,涂层平整且致密;SiC/Si₃N₄涂层的摩擦系数低于0.05且更稳定;SiC涂层高摩擦系数值的主要磨损机制是黏着磨损和磨料磨损;SiC/Si₃N₄涂层中形成了一层较薄的润滑膜,并在摩擦磨损的后续阶段降低摩擦系数。Si₃N₄相的引入可以有效改善SiC涂层的表面结构,使得SiC涂层摩擦系数更小且更稳定,从而提高...     

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.     

用(CuZn)85 Ti15钎料连接Si3 N4陶瓷接头的微观结构

采用（CuZn)85Ti15钎料,研究了Si3N4陶瓷活性钎焊的接头微观组织结构,结果表明：在合适的钎爆条件下可以获得致密的Si3N4/Si3/N4接头,钎缝主要由含有Ti的硅化物和Ti的氮化物的Cu固溶体和Cu2TiZn组成,随着爆接温度从850℃升高,界面反应层增厚,填充金属中反应物的数量增多。尺寸增大,Zn能降低钎爆合金的熔化温度并降低钎焊温度,这有利于钎料的流动和润湿钎缝。Zn的蒸发将随着钎焊温度的上升而加剧,但它可以被合适的钎爆过程所控制。     

hBN含量对Si3N4-hBN复相陶瓷性能和微观结构的影响

利用纳米级粉体经热压烧结制备了Si₃N₄-hBN复相陶瓷, 研究了hBN含量对Si₃N₄-hBN复相陶瓷致密度、力学性能、摩擦学性能、微观结构的影响。用阿基米德排水法、三点弯曲法和维氏压痕法测量材料的致密度、力学性能; 用摩擦磨损试验机测试材料的摩擦学性能; 用XRD、EDAX和SEM、LSCM分析观察材料的物相组成和微观结构。研究结果表明, 随着hBN含量的增加, 复相陶瓷的密度将会持续下降, 气孔率先是急剧上升, 然后趋于平缓, 力学性能持续下降, 干摩擦条件下复相陶瓷与GCr15配副的摩擦学性能呈现先提高后降低的趋势, 当hBN含量低于20wt%时, 随着hBN含量的增加, 摩擦系数和磨损率逐渐减小; 当hBN含量大于20wt%时, 摩擦系数和磨损率急剧增大; hBN含量为20wt%时, 获得最低的摩擦系数为0.31。hBN的引入直接影响Si₃N₄-hBN复相陶瓷的微观组织结构, 进而影响复合陶瓷的力学性能和摩擦学性能。     

衬底偏压对CrN／Si3N4纳米多层膜结构和力学性能的影响

采用磁控溅射法在不同基底偏压条件下制备了CrN／Si3N4纳米多层膜,用x射线衍射仪、原子力显微镜及纳米压痕仪表征,结果表明,衬底偏压对CrN／Si3N4纳米多层膜微观结构、界面结构、硬度和磨损性能有重要影响;漂浮电位时,导致多层膜界面粗糙,CrN呈（200）、（111）共同生长,硬度和弹性模量低;当偏压变化时,界面宽度和粗糙度变化不大,硬度和模量变化的主要原因是不同衬底偏压下的晶格畸变导致两层材料弹性模量变化和晶粒尺寸变化。与漂浮电位相比,涂层的屈服应力和断裂韧性有所增强。     

Si-C-Nnp/Si3N4复合材料的室温和高温显微结构与力学性能

以 Si- C- N纳米微粉为增强相 ,Si3N4 为基相 ,采用热压的方法制备了 Si Cp/ Si3N4 纳米复相陶瓷。应用扫描电镜 (SEM)、高分辨透射电镜 (HRTEM)对其结构进行了观察 ,并讨论了结构与性能之间的关系。结果表明 ,所得的 Si Cp/ Si3N4 复相陶瓷的室温力学性能比氮化硅单相陶瓷有较大的提高 ,而 135 0℃断裂韧性达 14 .6 6 MPa· m1 / 2 。Si C微晶在晶粒内和在晶界玻璃相内的钉扎作用是材料高温性能提高的主要因素。     

凝胶注模Si3N4陶瓷的力学性能与显微结构

凝胶注模成型工艺是一种重要的原位凝固成型技术,它能有效地提高材料的可靠性以及降低复杂形状陶瓷部件的制造成本。本工作在Si     

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.     

纳米SiC－Si_3N_4复合粉体的制备及研究

本文以炭黑和气凝氧化硅为原料，采用碳热还原氨化的方法制备纳米ＳｉＣ－Ｓｉ３Ｎ４复合粉体；复合粉中ＳｉＣ的含量由起始粉中Ｃ：ＳｉＯ２的摩尔比控制．在复合粉体的表征中用ＸＲＤ线宽法测量ＳｉＣ粒径大小．ＴＥＭ照片显示Ｓｉ３Ｎ４粒径在１００～２００ｎｍ；ＳｉＣ为纳米级．文中还对生成复合粉体的反应机理进行了探讨．同时利用这一工艺制备出单相的Ｓｉ３Ｎ４粉和ＳｉＣ粉．     

Wear and Creep Characteristics of a Carbon‐Derived Si3N4/SiC Micro/Nanocomposite

In the presented work some properties of a recently developed Si₃N₄/SiC micro/nanocomposite have been investigated. The material was tested using a pin on disc configuration. Under unlubricated sliding conditions using Si₃N₄ pin at 50 % humidity, the friction coefficient was in the range of 0,6 ‐ 0,7. The reduction of humidity resulted in a lower coefficient of friction, in vacuum the coefficient of friction had a value of about 0,6. The wear resistance in vacuum was significantly lower then that in air. The wear patterns on the Si₃N₄+SiC disc revealed that mechanical fracture was the wear controlling mechanism. Creep tests were realized in four point bending configuration in the temperature interval 1200‐1400 °C at stresses 50,100 and 150 MPa and the minimal creep deformation rate was established for each stress level. The activation energy, established from the minimal creep deformation had a value of about 360 kJ/mol and the stress exponent values were in the range of 0.8‐1.28. From the achieved stress exponents it can be assumed that under the studied load/temperature conditions the diffusion creep was the most probable creep controlling mechanism.     

A PRELIMINARY STUDY ON CRACK HEALING BEHAVIOUR OF Si3 N4 /SiC COMPOSITE CERAMICS

Ceramic (Si3 N4 /SiC) composites have been produced by sintering. From the sintered block, three point bend specimens were cut out. A semi-circular crack was made on the centre of the tension surface of the test specimen with the aid of a Vicker's indenter. The diameter of the semi-circular crack was about 60–70  μm. The specimens were subsequently heat treated at 1300°C for 1  h in vacuum, nitrogen or air. The bending strength was measured at room temperature, 800 and 1000°C. The specimens heat treated in air recovered considerably their bending strength at 1000°C, several specimens failed at a location different from the healed crack and their average strength showed the same value of that for smooth specimens. From these results, it is concluded that the recovery in bending strength of a cracked specimen was caused by crack healing.     

燃烧合成Si3N4和SiC复相材料的相稳定性热力学分析

为了提高Si3N4产率和降低成本,采用硅粉、氮气作为原料,碳、二氧化硅作为稀释剂,卤化铵作为化学激励剂,通过机械活化和化学激励法燃烧合成制备Si3N4和SiC复相原料。热力学分析表明:特定的工艺条件下氧化硅和碳替代氮化硅作为稀释剂,当氧化硅和碳含量约30wt%时,能得到氮化硅和碳化硅复合陶瓷粉体。以碳的活度为1计(ac=1),燃烧合成时两者稳定共存的温度为1647K;同时,增大氮气压力和降低氧分压是硅粉完全氮化的条件,而不宜提高合成温度。当满足特定工艺条件时(原料加入量为9%Si3N4及15%淀粉和SiO2的混合物、氮气压力大于3MPa、5小时磨研),燃烧合成产物的主晶相为Si3N4、SiC和Si2N2O,而无游离硅,此产物是烧结Si3N4和SiC复合陶瓷或制备Si3N4结合SiC耐高温材料的理想原料。     

Evaluation of the Properties of Si3N4/Si3N4 Joint Brazed Using a Filler Alloy Containing Pd

Si3N4 ceramic was jointed to itself using a filler alloy of Cu76.5Pd8.5Ti15, and the mechanical properties of the jointwere measured and analyzed. By using a filler alloy of Cu76.5Pd8.5Ti15, the SisN4/SisN4 joints were obtained bybrazing at 1373～1473 K f