氮化硅陶瓷：极具前途的轴承用材

近几年来,随着社会进步和科学技术的高速发展,轴承的使用环境和条件越来越多样化,对轴承的结构,材质和性能的要求也越来越高,一些高科技领域和某些特殊环境下工作的机械,如航空航天,核能,冶金,化工,石油,仪器,机械,电子,纺织,制药等工业,需要在高温,高速,高精度,真空,无磁性,无油润滑强酸,强碱等特殊环境下工作,这些新的要求仅仅依靠对传统的金属轴承改进结构可改善润滑条件已经远远不能满足,必须开发新型材料,从根本上进行突破和创新才行,国内外研究发现某些陶瓷材料具有优异的性能,可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷的工作环境,并且又具有轴承材料所要求的全部重要特性,因此将陶瓷材料应用于轴承制造,已成为世界高新技术开发与应用的热点,成为机械工作材料技术革命的标志。     

Si3N 4粉体表面化学分析及表面改性

Si3N4陶瓷是一种重要的结构陶瓷,本文着重阐述了Si3N4粉体的表面分析方法,以及为了提高固相体积分数而进行的Si3N4粉体表面改性方面的进展。     

HWP-CVD氮化硅薄膜的结构和光学特性

采用傅立叶红外吸收谱和紫外-可见透射谱研究了螺旋波等离子体增强化学气相沉积法制备的氢化非晶氮化硅薄膜的原子间键合结构和光学特性。结果表明,在不同硅、氮活性气体配比R下,薄膜表现出不同的Si/N比和H原子键合方式,富氮样品中H原子主要和N原子结合,而富硅样品中主要和Si原子结合。随着R的增加,薄膜的光学带隙E_g和E₀₄逐渐减小,此结果关联于薄膜结构无序性程度的增加,而薄膜的(E₀₄-E_g)和Tauc斜率B值之间存在着相互制约关系。     

煅烧预处理改善氮化硅的凝胶注模成型工艺

凝胶注模成型工艺要求制备高固相含量、低粘度的浓悬浮体.商业氮化硅粉体表面特性复杂,难于制备符合工艺要求的悬浮体,而且在水基凝胶注模成型中固液界面上发生的放气反应也会导致坯体中存在显气孔缺陷.因此,本文在850℃下煅烧氮化硅粉2h,改善了粉体表面特性,在颗粒表面生成SiO2和Si2N2O包覆层,使成型过程中产生气孔的有害反应得到有效抑制,从而通过凝胶注模成型获得了均匀的坯体.     

无压烧结Si3N4与表面镀钛膜之间的固态化学反应过程

用X射线衍射技术研究了在Si_3N_4陶瓷与表面镀钛膜之间的固态化学反应过程,当反应温度不超过973K时,Ti与Si_3N_4之间不反应;温度在1073—1123K时,反应产物为Ti_2N和Ti_5Si_3,温度达到1173K时,反应产物为TiN和Ti_5Si_4,温度达到1273K时,反应产物为TiN和Ti_5Si_4。在整个反应过程中,Si_3N_4陶瓷基体相的晶格常数未发生变化,说明Ti原子不能溶入Si_3N_4陶瓷的晶格之中。     

连续和间断TiN涂层的氮化硅基陶瓷切削工具的耐磨性能

明显提高切削工具的寿命，扩大其使用范围以及强化材料的加工规范可通过涂覆保护涂层来达到。应用最广泛的是对高速钢和硬质合金进行耐磨涂层，而在工具陶瓷上则应用较少。氮化硅基陶瓷刀具在高速切削的条件下会与钢发生积极的反应，从而产生明显的扩散磨损。因此，当切削最硬的合金工具钢时，在非氧化物陶瓷刀具上进行耐磨涂层是特别适合的。     

反烧结Si3N4复合陶瓷抗氧化性能研究

以TiSi2、SiC和Mo粉为原料通过反应烧结方法制备Si3N4基陶瓷,并测试其抗氧化性能.结果表明：Si3N4-TiN-SiC陶瓷的质量增量随着氧化时间的延长而增加,氧化质量增量随时间的变化基本服从抛物线规律,同时质量增量随着氧化温度的升高而增加.而Si3N4-TiN-MoSi2-SiC复合陶瓷质量增量在低温下随着时间延长而增加,在高温下质量增量随着时间延长而减少.XRD和SEM结果表明Si3N4-TiN-SiC陶瓷的氧化产物主要是TiO2、Si02和Si2N20,而Si3N4-TiN-MoSi2-SiC陶瓷则是Ti02、Si02、Si2N2O和Mo03.     

LPCVD-Si3N4工艺及性能研究

使用低压化学气相沉积工艺(LPCVD),以三氯硅烷和氨气作为硅源和氮源,在烧结氮化硅表面制备氮化硅薄膜.分别考察了载气、沉积温度以及原料配比等工艺参数对沉积速率的影响,并对薄膜的组成、结构及硬度等性能进行了分析.结果表明,较好的工艺条件是,采用N2或N2+H2为载气、沉积温度为800℃,NH3/HSiCl3流量比为4,此时薄膜沉积速率可达23.4 nm/min,其主要由Si-N组成,并含有部分Si-O,硬度为28 650 MPa.     

Ti／Cu／Ti部分瞬间液相连接Si3N4的界面反应和连接强度

用Ti/Cu/Ti多层中间导在1273K进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接,实验考察了保温时间对连接强度的影响,用SEM,EPMA和XRD对连接界面进行微观分析,并用扩散路径理论,研究了界面反应产物的形成过程,结果表明：在连接过程中,Cu与Ti相互扩散,形成Ti活度较高的液相,并与氮化硅发生反应,在界面形成Si3N4/TiN/Ti5Si3 Ti5Si4 TiSi2/TiSi2 Cu3Ti2(Si)/Cu的梯度层,保温时间主要是通过影响接头反应层厚度和残余热应力大小而影响接头的连接强度。     

连续氮化硅纤维的氧化行为与高温影响研究

连续氮化硅陶瓷纤维是透波／承载一体化陶瓷基复合材料的关键原材料,也是制约复合材料耐高温性能与力学性能的关键因素。本文系统研究了国防科技大学研制的连续氮化硅纤维的抗氧化性能,分析了高温处理后纤维的组成结构与力学性能变化规律。结果表明：1000°C氧化1h后纤维强度高于原始纤维强度,主要是形成的玻璃相能减少和弥补纤维的表面缺陷。随着空气中处理温度提高,氧含量增加,纤维表面形成的SiO₂层逐渐变厚,纤维强度明显降低。纤维在1200°C氧化1h后强度保留率为63%,表明在此温度以下纤维有较好的服役性能。另一方面,氮化硅纤维在1450°C N₂中处理1h的强度保留率为57%,表现出良好的耐高温性能。纤维表面氧化对其在N₂下的耐高温性能具有不利影响,1000°C氧化的纤维在1450°C处理后丧失强度,1500℃处理后形成氮化硅结晶,失重明显增长,纤维内部也开始产生缺陷。