非晶納米Si-,3-N-,4-粉體液相燒結復相陶瓷的組織與性能.pdf

1、氮化硅(Si<,3>N<,4>)基陶瓷材料,具有高的室溫和高溫強度、高硬度、良好的耐磨蝕性、抗氧化性和抗沖擊性能,被材料科學界認為是結構陶瓷領域中綜合性能優(yōu)良,在高溫領域最具有廣泛應用前景的一種新材料.本文通過液相燒結非晶納米Si<,3>N<,4>粉體,制備了具有超塑性的Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>超細晶陶瓷和Si<,2>N<,2>O-Sialon納米陶瓷,研究了兩種復相陶瓷的力學性能和超塑性性能,并采用不同成形工藝

2、對兩種陶瓷材料進行了超塑性成形.采用高分子網絡凝膠法,亞甲基雙丙烯酰胺作為網絡劑,利用其活化雙鍵的功能團效應產生高分子網絡凝膠,制備了納米Y2O3和Al2O3燒結助劑粉體.采用兩種粉體混合方案(方案A:Si<,3>N<,4>,Y<,2>O<,3>和Al<,2>O<,3>納米粉按照質量比93:5:2的比例混合;方案B:Si<,3>N<,4>,AlN,Y<,2>O<,3>和Al<,2>O<,3>以質量比72:14:4:10的比例混合),熱壓

3、燒結制備了Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>超細晶陶瓷和Si<,2>N<,2>O-Sialon納米陶瓷.超細晶Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>復相陶瓷的硬度和彈性模量較普通氮化硅陶瓷提高很大,1600℃燒結體經退火處理后的硬度可達到22.5GPa,相對應的彈性模量可達到350GPa.其硬度與燒結條件及晶粒尺寸之間存符合正Hall-Patch關系:隨燒結溫度提高,晶粒尺寸長大,材料的硬度降低.隨燒結溫度的提高

4、,材料的斷裂韌性提高,當燒結溫度為 1800℃時,斷裂韌性可達到7.5MPa·m<'1/2>.增韌機理主要為棒狀晶粒的橋接、拔出和裂紋偏轉.超細晶Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>復相陶瓷的室溫和高溫強度均較低,室溫最高強度小于700MPa,1250℃的條件下的高溫彎曲強度低于300MPa.Si<,2>N<,2>O-α-Sialon復相陶瓷較Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>復相陶瓷的各種力學性能均有一定幅度

5、的提高,當燒結溫度超過1700℃時,綜合性能提高較為明顯,主要原因是由于燒結材料中α-Sialon對材料的硬度和彈性模量的提高起到了積極作用,同時高的Si<,2>N<,2>O相含量,對較高溫燒結的復相陶瓷的增韌補強效果更加明顯.與普通的Si<,3>N<,4>陶瓷和Al<,2>O<,3>陶瓷相比,Si<,2>N<,2>O-Si<,3>N<,4>復相陶瓷具有很高的抗磨損性能,主要與細晶、致密度高等因素有關.超細晶Si<,2>N<,2>O-S