原位生成Si3N4結(jié)合MgO陶瓷復(fù)合材料界面結(jié)合機(jī)理研究.pdf

1、氮化硅(Si3N4)具有高強(qiáng)度、低密度,優(yōu)良的自潤(rùn)滑性、耐磨損性、抗熱震性,良好的導(dǎo)熱性能等一系列優(yōu)越的高溫性能,可以顯著提高耐火材料的性能。高溫氮化燒成的氮化物結(jié)合氧化物-碳復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、抗氧化、抗渣侵蝕、熱震穩(wěn)定性好、污染鋼水小的優(yōu)良性能,氧化物-碳-氮化硅復(fù)合耐火材料是一種新型復(fù)合耐火材料。氮化硅結(jié)合 MgO-C復(fù)合耐火材料是氮化物結(jié)合氧化物-碳復(fù)合材料的一種,關(guān)于氮化硅結(jié)合MgO-C復(fù)合耐火材料的研究目前比較少。
　

2、　本文首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備Si3N4/MgO樣品,并在高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)下觀察Si3N4和MgO界面結(jié)合情況。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn),原位生成的柱狀β-Si3N4與鎂砂顆粒結(jié)合緊密,并且Si3N4晶格條紋與MgO晶格條紋直接結(jié)合,界面處沒(méi)有玻璃相,因此可以判定,Si3N4和MgO之間通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合。
　　本文基于 Material Studio材料模擬軟件平臺(tái),采用第一性原理的方法優(yōu)化了β-Si3N4的晶格常數(shù),并對(duì)β-Si3N

3、4進(jìn)行了電荷密度分析及 Mulliken鍵布居分析。構(gòu)建β-Si3N4(1010)-Si、β-Si3N4(1010)-N、β-Si3N4(1010)-NSi、β-Si3N4(0001)和β-Si3N4(1120)五種不同的表面結(jié)構(gòu)模型,并對(duì)表面模型進(jìn)行分子力學(xué)優(yōu)化,分析表面結(jié)構(gòu)變化,并計(jì)算了表面能。結(jié)果表明:β-Si3N4(1010)-Si表面和β-Si3N4(0001)表面的表面會(huì)發(fā)生明顯的弛豫和重構(gòu),并且表面能較高,因而表面不穩(wěn)定,

4、易與異質(zhì)相結(jié)合形成界面;β-Si3N4(1010)-N表面、β-Si3N4(1010)-NSi表面和β-Si3N4(1120)表面較穩(wěn)定,并且表面能較低,因而表面較穩(wěn)定。
　　構(gòu)建β-Si3N4和MgO之間五種不同位向的界面模型,選擇合適的力場(chǎng),用分子力學(xué)能量極小化方法優(yōu)化界面結(jié)構(gòu),應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬界面的高溫結(jié)構(gòu),分析不同晶面取向構(gòu)成的界面的鍵合方式、界面原子弛豫,計(jì)算了界面的理想粘合功。模擬計(jì)算結(jié)果表明,五種界面結(jié)構(gòu)模型的