稀土氧化物類型對自韌α-Sialon陶瓷的氧化及熱震行為影響.pdf

1、本文采用熱壓燒結(jié)工藝制備了Nd、Sm、Dy和Yb等四種稀土摻雜的α-Sialon陶瓷材料。利用XRD、SEM、TEM等手段研究了稀土類型及額外添加2wt%稀土氧化物作為助燒劑對Sialon陶瓷材料的致密化、物相組成及顯微組織結(jié)構(gòu)的影響；采用三點彎曲、單邊缺口測試方法對室溫彎曲強度及斷裂韌性進(jìn)行了評定；并著重系統(tǒng)地研究了稀土類型、物相構(gòu)成及顯微組織結(jié)構(gòu)對材料熱物理性能、抗熱震性能及抗氧化性能的影響。試驗結(jié)果表明,采用1800℃/30MPa

2、/60min工藝熱壓燒結(jié),所有材料都獲得了大于98%的致密度。通過額外添加2wt.%對應(yīng)稀土氧化物補充必要的燒結(jié)液相,以高純超細(xì)Si3N4、AlN、Al2O3、RE2O3(RE為Nd、Sm、Dy或Yb)粉末為原料,RE1/3Si10Al2ON15邊界成分的小稀土摻雜的Dy-、Yb-α-Sialon也能夠獲得全致密的陶瓷材料。XRD物相分析結(jié)果顯示,對Nd-Sialon材料來說,添加或不添加2wt.%過量稀土氧化物作為助燒劑對物相影響不大

3、,都獲得了以α-Sialon為主晶相、同時含有少量β-Sialon和M′(R2Si3-xAlxO3+xN4-x)相的陶瓷材料。添加2wt%稀土氧化物助燒劑的Dy-和Yb-sialon材料的XRD物相十分純凈,均由單相α-Sialon組成,并因此保持了很高的硬度(Hv10=21GPa左右)。受稀土類型影響,所得材料的顯微組織結(jié)構(gòu)有較大差別。Yb、Dy小稀土摻雜的α-Sialon有較大的化學(xué)驅(qū)動力,α-Sialon的快速生成盡早地耗盡了高溫

4、液相,阻礙α-Sialon晶粒各向異性生長,從而得到了細(xì)晶等軸組織；相反Nd、Sm大稀土傾向于延長高溫液相的持續(xù)時間,有利于獲得棒晶組織。本文所得Sialon材料的抗彎強度和斷裂韌性分別在300MPa~600MPa和4.0MPa·m1/2~5.1MPa·m1/2之間,隨棒晶長徑比及含量增加而增加。主要的強韌化機制為載荷傳遞、韌化機制為裂紋的偏轉(zhuǎn)、長棒狀晶體的拔出與橋接。所得α-Sialon材料具有較好的抗熱震能力,經(jīng)受1200℃熱震溫差

5、的剩余強度保持率最低在75%以上；1100℃溫差熱震,發(fā)現(xiàn)材料的剩余強度增加現(xiàn)象。良好的力學(xué)與熱物理綜合性能是其具有較高抗熱震能力的主要原因。本文所得的α-Sialon材料具有良好的抗氧化能力。氧化分析結(jié)果表明1300℃氧化32h時,NdE2和NdE0單位面積氧化增重為3.5mg/cm2左右,而SmE2、DyE2、YbE2僅僅增重了1.5mg/cm2左右。氧化增重與時間呈拋物線規(guī)律。NdE2、NdE0、SmE2、DyE2、YbE2氧化反