显微组织对Dy-α-SiAlON刀片切削性能的影响

采用热压法制备α-SiAlON陶瓷(化学式M_(m/v)Si_(12-(m+n))Al_(m+n)O_(n)N_(16-n),M^(v+)=Dy^(3+),m=1.5,n=1.2),采用添加质量分数0~5%Dy_(2)O_(3)的方法控制少数大晶粒异常长大,获得自韧化双模式组织,研究显微组织对材料维氏硬度、断裂韧性及镍合金切削性能的影响。结果表明,添加质量分数0.5%~1.0%Dy_(2)O_(3)可显著增加Dy-α-SiAlON双模式显微组织中的大晶粒的直径和长径比;把添加量提高到2.5%~5.0%时,大晶粒直径继续增加但长径比减小。在10~20 kg试验载荷条件下测量的维氏硬度在19.0~19.7 GPa范围;断裂韧性具有明显的R-曲线行为,在3.61~4.18 MPa·m^(1/2)范围内随裂纹扩展长度增加而增加。从刀尖、主后刀面、沟槽磨损深度等角度评价Dy-α-SiAlON刀片的切削性能,发现崩刃而非磨损是主要失效机制。

Ca-α-Sialon和Y-α-Sialon的制备

用热力学方法分析了α Sialon合成的可能性 ,并通过制备Ca α Sialon和Y α Sialon进行了实验验证。对合成的Ca α Sialon和Y α Sialon采用XRD进行了相组成分析 ,运用SEM观察了合成材料的显微形貌 ,发现了长柱状的Ca α Sialon晶粒。

炉渣α-sialon粉的高温自蔓延燃烧合成及炉渣α-sialon陶瓷性能的研究

以高炉炉渣为原料,用高温自蔓延燃烧工艺合成了较为纯净的单相(Ca,Mg)α-sialon粉料(简称炉渣α-sialon粉),并用无压和热压烧结工艺将炉渣α-sialon粉烧结成了炉渣α-sialon陶瓷。对炉渣α-sialon陶瓷的力学性能进行了检测。结果表明,炉渣α-sialon陶瓷有较好的力学性能,优良的抗冲刷性能和抗酸腐蚀性能。

自增韧α-sialon陶瓷的研究进展

Sialon陶瓷因其具有优异的高温机械性能而成为最重要的结构陶瓷材料之一。与Si3N4相似 ,sialon陶瓷也具有α ,β两种晶体结构 ,β-sialon具有较高的断裂韧性 ,而α -sialon具有更高的硬度。文中综合介绍了α -sialon陶瓷的结构和性质 ,以及目前国内外自增韧α -sialon陶瓷的研究情况 ,具体阐述了两种制备自增韧α -sialon陶瓷的方法 :( 1)通过控制形核过程的热力学特点 ,在烧结体内原位生长柱状α -sialon晶粒以得到自增韧α -sialon陶瓷 ;( 2 )采用燃烧合成工艺 ,制备单相柱状α -sialon粉体 。

高炉渣合成Ca-α-Sialon-SiC粉的热力学分析及工艺优化

在热力学分析的基础上，以高炉渣为原料，引入适当的添加剂，利用碳热还原－氮化的方法制备了Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ－ＳｉＣ粉，得到的Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ含量最高可以达到８１％；利用统计模式识别结合人工神经元网络优化了工艺．

升温速率对Y-α-sialon陶瓷致密化及微观结构的影响

根据Y-Si-Al-O-N相图设计Y2O3掺杂α-sialon陶瓷的组成,采用热压烧结方法在1900℃保温30min制备了设计成分为Y0.4Si9.8Al2.2O1.0N15的sia-lon陶瓷,研究了升温速率对陶瓷致密化过程、物相组成以及微观结构的影响规律。结果表明,所制备的陶瓷相组成均为α-sialon;不同升温速率陶瓷的致密化过程曲线变化趋势相同,但随升温速率增大向高温区平移,收缩的起止温度和峰值收缩速率均随升温速率增大而增大;快速升温有利于提高晶核密度,抑制柱状晶发育,柱状晶的尺寸和长径比随升温速率增大而减小。

α-Sialon柱状晶的制备

研究了α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶制备过程．结果表明，α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶可以通过无压烧结和酸洗的方法制备得到．α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶形貌与添加剂种类有关，选用轻稀土氧化物为添加剂制得的α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶具有较小的直径和较大的长径比，而选用重稀土氧化物为添加剂的α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶的直径较大，长径比较小．文中就添加剂种类对α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶形貌的影响进行了讨论．

NH_4F及燃烧温度对燃烧合成长柱状Yb α-Sialon粉体的影响

采用SHS法合成了Yb α-Sialon粉体,采用XRD和SEM分析和研究了添加剂NH_4F及燃烧温度对燃烧合成长柱状Yb α-Sialon相组成和形貌的影响。实验发现,在不同条件下,添加剂NH_4F对燃烧合成长柱状α-Sialon的晶体形貌可以起到抑制和促进两个相反的作用。温度越高,晶体生长速率越大,反应降温越慢,晶体生长时间越长,长柱状晶体生长越完整。燃烧合成得到的长柱状α-Sialon粉体,在室温下,以酒精为介质经过30min以上的超声分散,可以达到较好的分散效果。

添加燃烧合成晶种SPS烧结Ybα-SiAlON陶瓷

通过燃烧合成技术制备单相Yb α-SiAION粉体,然后作为晶种添加到原料中利用SPS技术快速烧结出致密Yb α-SiAION陶瓷.对SPS烧结过程中试样的致密化、相转变和形貌发育进行了研究,并探讨了添加晶种对烧结产物相组成和微观形貌的影响.实验结果表明, SPS可使试样迅速完成致密化过程,适当的烧结温度和保温时间可以促进相转变和晶粒发育. 添加晶种,不仅促进了相转变过程,而且可以在烧结体内获得柱状晶,有助于改善材料的韧性.

α-sialon陶瓷材料的微结构控制及其力学性能优化

从影响α-sialon材料自韧化的关键因素出发,研究了Y,Yb,Nd等不同稀土类添加物、烧结工艺和后续热处理对α-sialon显微组织与力学性能的影响。结果表明:控制其反应动力学是获得自韧化α-sialon的关键。烧结工艺及后续热处理对α-sialon棒晶生长的促进作用依赖于其成分及掺杂的稀土氧化物类型。Y-α-sialon在1300～1700℃长时间低温退火,未发生α相向β-sialon相转变,但1500℃长时间退火将导致α-sialon的晶粒形貌由棒状向等轴状转变,引起材料的脆化。

(Sm,Er)-α-Sialon陶瓷材料显微结构与性能研究

采用热压烧结方法制备了Ln1.0/3Si9.3Al2.7O1.7N14.3的Ln-α-Sialon(Ln=Sm和Er)陶瓷。研究了不同Sm:Er摩尔比和外加2.5%(质量分数,下同)的相同稀土氧化物对Ln-α-Sialon陶瓷显微结构和力学性能的影响,并借助XRD、SEM、EDS对样品的物相、显微结构进行了表征。结果表明:随着Sm:Er摩尔比值的减小,α-Sialon晶粒形貌逐渐由等轴状变成长柱状,显微硬度逐渐变大,最高值为19.5GPa,抗折强度和断裂韧性逐渐降低。在原始配方的基础上外加2.5%的同种稀土氧化物能进一步促进长柱状α-Sialon晶粒的生长,力学性能得到不同程度的提高。

Ca-α-Sialon的反应致密化

本文通过反应热压制备了单相Ca－α-Sialon材料，研究了Ca－α－Sialon形成的反应致密化过程．不同温度下产物的XRD结果表明，1250℃样品开始软化，1300℃时体系中反应形成了钙铝黄长石相，1500℃时钙铝黄长石重新溶解于液相中，同时形成了Ca－α－Sialon，1600℃时反应完全，原料中各相完全消失，形成了单相Ca－α－Sialon．不同温度下产物的密度表明，伴随着上述反应形成过程，材料经过颗粒重排、溶解-反应-沉淀过程和晶粒生长三个阶段，通过液相烧结达到了致密化．

晶种加入对α-SiAlON显微结构与性能的影响

采用无压烧结和酸洗的方法制备了α－ＳｉＡｌＯＮ单晶颗粒，并将这些单晶颗粒作为晶种加入到ＹＳｍ－α－ＳｉＡｌＯＮ原始组份中，研究了陶瓷显微结构与性能的变化．结果表明：未加入晶种的ＹＳｍ－α－ＳｉＡｌＯＮ陶瓷主要由细小晶粒和少量粗大晶粒组成，而晶种加入后，陶瓷中出现了柱状晶粒；柱状晶粒的尺寸与数量可由晶种的数量和尺寸控制．晶种加入导致ＹＳｍ－α－ＳｉＡｌＯＮ陶瓷韧性升高，韧性升高的原因与柱状晶粒的拔出与桥接有关．

自增韧RE-α-sialon陶瓷的微观结构与力学性能

选用不同离子尺寸的稀土氧化物单一或复合掺杂α-sialon陶瓷,系统研究了陶瓷的相组成、晶粒形貌、微观结构以及力学性能与稀土元素的类型的关系。结果表明:小尺寸Yb3+稳定的α-sialon陶瓷完全由等轴α-sialon相构成;当尺寸略大的Y3+部分替代或全部替代Yb3+时,出现长棒状晶粒,在三角晶界处出现少量晶间相,并在晶粒间存在连续的薄非晶膜。在大尺寸稀土离子(Sm3+,Nd3+)稳定的陶瓷中存在块状晶间相M'(RE2Si3–xAlxO3+xN4–x,RE代表稀土元素),在Nd-α-sialon中,还含有少量β-sialon相,使Nd-α-sialon材料的硬度略有下降,晶粒尺寸存在双峰分布使断裂韧性较高。Yb-和Dy-α-sialon晶粒尺寸为正态分布使韧性较低,Yb和Y复合掺杂可改善Yb-α-sialon的韧性。

成分对两步热压烧结Y-α-sialon微观结构和致密度的影响

根据Y-Si-Al-O-N相图及α-sialon分子式(Ym/3Si12-(m+n)Alm+nOnN16-n)设计Y-α-sialon陶瓷的组成,研究了m和n值对该热压烧结陶瓷物相组成、微观结构和致密度的影响规律。结果表明:当m=1.0时,设计组成中较高的n值易促进柱状晶的形成和生长,且柱状晶数量和长径比随n值增大而增大,sialon陶瓷的致密度随n值增大而减小;当n=0.8时,sialon陶瓷的晶粒形貌以等轴晶为主,致密度随m值增大而增大;较小的n值和较大的m值有利于制备结构致密、等轴状Y-α-sialon陶瓷。

高温氮化反应制备α-Sialon

采用Si3N4、AlN和Li2CO3为原料,以Y2O3、CaF2为添加剂,利用高温氮化反应合成得到不同阳离子掺杂的α-Sialon。并借助XRD和SEM等测试手段,研究了合成温度(1450,1500,1600,1700℃)、添加剂(5.0%CaF2、5.0%Y2O3、2.5%CaF2+2.5%Y2O3,质量分数,下同)等因素对试样反应产物的物相组成、晶面间距及晶粒微观形貌的影响。结果表明:采用Si3N4、AlN和Li2CO3等为原料,以(2.5%Y2O3+2.5%CaF2)作为复合添加剂,利用高温氮化法在0.9MPa的流动氮气中1700℃下保温3h合成得到了不同阳离子掺杂的α-Sialon,在显微形貌中可见到长柱状晶粒。提高反应温度能够促进α-Sialon的合成;不同添加剂的试样由于阳离子的离子半径以及Al、O固溶量的不同导致形成的α-Sialon晶面间距不同。

燃烧合成长柱状Yb α-Sialon粉体

研究了各参数对燃烧合成长柱状Ybα-Sialon相组成及形貌的影响。结果表明,不同m,n值对燃烧产物相组成有很大影响。原料中Si3N4,AlN,NH4F的增加有利于Si的氮化,同时,Si3N4和NH4F的增加使α-Sialon晶粒由柱状转变为颗粒状。燃烧合成长柱状α-Sialon的形成过程是α-Sialon首先从Yb-Si-Al-O-N液相中形核析出,然后在适宜的生长条件下择优生长,发育成长柱状晶体。

原位增韧β-Si_3N_4/α-Sialon复相陶瓷

通过XRD,SEM和力学性能测试研究了β-Si3N4/α-Sialon复相陶瓷热压烧结的致密化、相组成、力学性能和微观结构.结果表明,β-Si3N4/α-Sialon复相陶瓷综合了β-Si3N4和α-Sia-lon的力学性能,可通过改变起始粉末的组成,可以调整相组成及裁剪材料的力学性能.由于加人具有大的长径比的物相β-Si3N4,提高了材料的强度和韧性.

长柱状α-Sialon形成机理及其影响因素

简要介绍了长柱状α-Sialon晶粒的形成机理，并讨论了不同组分点、添加剂、原料及温度制度等因素对形成长柱状α-Sialon晶粒的影响。结果表明，合理的晶核数目、充足的液相和适当的温度制度是得到长柱状α-Sialon晶粒不可缺少的条件。

不同稀土掺杂α-sialon陶瓷的透光性

利用放电等离子烧结(SPS)及1700℃高温热处理7和17h,研究了组份为R0.33Si9.3Al2.7O1.7N14.3(R=Gd,Y和Er)的α-sialon在4000-1500cm-1(2.5-6.6μm)范围的光学透过率。结果表明,经SPS烧结的样品不但达到致密化,且样品中α-sialon晶粒的尺寸分布均匀。在SPS样品中,以Y2O3掺杂α-sialon的透光性最好。样品厚度为0.5mm时最高透过率达到56％.热处理7h由于第二相的形成导致透过率下降,但合适的热处理条件能提高样品的透过率,例如Gd117的红外最高透过率从SPS后的47%提高到561%.