高性能透波Si_3N_4-BN基陶瓷复合材料的研究

采用气氛压力烧结工艺 (GPS)研制出了高性能透波Si3 N4-BN基陶瓷复合材料。研究了BN含量对复合材料力学和介电性能的影响规律 ,分析了该材料的显微结构特点。实验结果表明 :含有 30 %BN的Si3 N4-BN复合材料 ,其室温抗弯强度 (σRT)为 16 0MPa ,弹性模量 (E)为 99GPa ,介电常数 (ε)为 4 0左右。

纳米Si_3N_4填充聚双马来酰亚胺摩擦磨损性能研究

采用浇铸成型法制备纳米 Si3 N4颗粒填充聚双马来酰亚胺复合材料 ,考察了纳米 Si3 N4质量分数分别为 0 .5 %、1.0 %、1.5 %及 2 .0 %的复合材料的摩擦学性能 ,并用扫描电子显微镜对磨损表面形貌和磨屑进行了分析 .结果表明 ,纳米 Si3 N4颗粒对聚双马来酰亚胺的摩擦磨损性能具有明显的改性作用 ,尤其是当纳米 Si3 N4的质量分数为 1.5 %时 ,复合材料的摩擦磨损性能最佳 ,摩擦系数降为 0 .2 5 ,磨损率降低 72 %

Si-C-N_(np)/Si_3N_4复合材料的室温和高温显微结构与力学性能

以 Si- C- N纳米微粉为增强相 ,Si3N4 为基相 ,采用热压的方法制备了 Si Cp/ Si3N4 纳米复相陶瓷。应用扫描电镜 (SEM)、高分辨透射电镜 (HRTEM)对其结构进行了观察 ,并讨论了结构与性能之间的关系。结果表明 ,所得的 Si Cp/ Si3N4 复相陶瓷的室温力学性能比氮化硅单相陶瓷有较大的提高 ,而 135 0℃断裂韧性达 14 .6 6 MPa· m1 / 2 。Si C微晶在晶粒内和在晶界玻璃相内的钉扎作用是材料高温性能提高的主要因素。

SiC纳米及晶须增强Si_3N_4基复相陶瓷断裂行为的研究

用扫描电镜、透射电镜及努氏压痕法研究了添加SiC晶须、纳米颗粒及晶须和纳米颗粒的三种Si3N4基复相陶瓷在外力作用下的断裂行为。这三种材料断裂的主要方式是沿晶断裂 ,偶尔可见穿晶断裂。在裂纹发展的路径上当裂纹尖端遇到了晶须、集聚的纳米颗粒及类晶须时 ,会产生扭转、偏转、断裂、拔出和终止 ,从而使裂纹能量消耗 ,抑制和阻碍了裂纹的扩展和传播 ,起到了增韧补强的作用。

TiN／Si_3N_4纳米晶复合膜的微结构和强化机制

采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN／Si3N4纳米晶复合膜的观察发现,这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN／a-Si3N4模型有很大不同;复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶,存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0．5-0．7nm,呈现晶体态,并与TiN形成共格界面．进一步采用二维结构的TiN／Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约<0．7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化,并与TiN层形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应．由于TiN晶体层模板效应的短程性,Si3N4层随厚度微小增加到1．0nm后即转变为非晶态,其与TiN的共格界面因而遭到破坏,多层膜的硬度也随之迅速降低．基于以上结果,本文对TiN／Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN／a-Si3N4模型的新解释．

TiN/Si_3N_4纳米多层膜的生长结构与超硬效应

采用磁控溅射方法制备了一系列不同Si3N4和TiN层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,采用X射线衍射、高分辨电子显微分析和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了Si3N4和TiN层厚对多层膜生长结构和力学性能的影响。结果表明:当Si3N4层厚小于0.7 nm时,原为非晶的Si3N4在TiN的模板作用下晶化并与之形成共格外延生长的柱状晶,使TiN/Si3N4多层膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应。最高硬度和弹性模量分别为34.0 GPa和353.5 GPa。当其厚度大于1.3 nm时,Si3N4呈现非晶态,阻断了TiN的外延生长,多层膜的力学性能明显降低。此外,TiN层厚的增加也会对TiN/Si3N4多层膜的生长结构和力学性能造成影响,随着TiN层厚的增加,多层膜的硬度和弹性模量缓慢下降。

凝胶注模Si_3N_4陶瓷的力学性能与显微结构

凝胶注模成型工艺是一种重要的原位凝固成型技术 ,它能有效地提高材料的可靠性以及降低复杂形状陶瓷部件的制造成本。本工作在 Si3N4陶瓷凝胶注模成型工艺的基础上 ,对 90 wt%α- Si3N4+ 7.5 wt% Y2 0 3+ 2 .5 wt% Al2 0 3体系进行了二步气压烧结。得到的陶瓷其抗弯强度为 95 8± 41.8MPa,断裂韧性为 9.6 MPa·m1 / 2 ,韦伯模数为 2 3。得到的

放电等离子快速烧结SiC晶须增强Si_3N_4BN层状复合材料

采用放电等离子烧结技术(SPS)快速烧结了SiC晶须增强的Si3N4/BN层状复合材料.利用SPS技术,在烧结温度为1650℃、保温15min的条件下,材料的密度可达3.18g/cm3,抗弯强度高达600MPa,断裂功达到3500J/m2.研究表明:特殊的层状结构、SiC晶须的拔出与折断是材料断裂功提高的主要原因.X射线衍射及扫描电子显微镜研究表明:α-Si3N4已经在短短的烧结过程中全部转变成长柱状的β-Si3N4,并且长柱状的β-Si3N4和SiC晶须具有明显的织构.

连接压力在Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si_3N_4陶瓷中的作用机制

研究了Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3N4 陶瓷时压力对接头形成的作用机制。结果表明 ,TLP来不及与陶瓷发生充分反应并形成高强度结合界面就已完全凝固 ,为形成高强度的结合界面 ,必须进一步发生固态扩散反应。只有当连接过程中施加足够的压力 ,才能保证TLP在其存在期间充分铺展陶瓷 ,并在TLP完全凝固后形成大量扩散通道 ,为固态扩散反应提供必要条件。

表面活性剂对Si_3N_4注射成型的影响

就硬脂酸(SA)及硅烷KH570两种不同的表面活性剂对注射成型各阶段的影响进行了研究。实验证明:硬脂酸在降低原始粉料混合粘度时所起的作用明显;硅烷KH570在降低经过表面氧化处理的Si3N4粉料混合粘度时作用效果明显;不同表面活性剂及不同用量对脱脂效果影响不大;但随着表面活性剂用量增加,烧结体密度逐渐减小,同样硬度也逐渐减小。但当溶剂脱脂应用于脱脂阶段时,烧结体性质在密度、硬度方面都有所提高,表面活性剂的影响不再呈明显的规律性。

Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si_3N_4陶瓷与接头质量控制

研究了Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3 N4 陶瓷。结果表明 ,Ni Ti过渡液相存在时间短 ,在此期间形成的界面结合强度低 ;必须进一步固态扩散反应才能形成高强度接头 ,相应的接头显微结构为 :Si3 N4 /TiN/Ti5Si3+Ti5Si4 +Ni3 Si/NiTi/Ni3 Ti/Ni。连接时间、连接温度、连接压力及Ti和Ni的厚度影响接头组织和强度 ,其最佳值为 6 0min ,10 5 0℃、2 .5MPa、2 0 μm和 40 0 μm ,所得接头室温和 80 0℃剪切强度分别为 142MPa和 6 1MPa。

无压浸渗制备Si_3N_4/Al复合材料的界面反应研究

研究S i3N4多孔预制体的表面氧化程度对无压浸渗制备S i3N4/A l复合材料界面反应以及复合材料性能的影响是复合材料优化设计的基础。不同氧化程度的S i3N4多孔预制体在相同的浸渗工艺下无压浸渗制得S i3N4/A l复合材料,利用EDS,XRD和洛氏硬度计分别测定陶瓷多孔预制体的成份,复合材料的相组成和硬度。结果表明:S i3N4/A l复合材料组成相包括A l,S i3N4,A lN以及少量的S i,Mg2S i,MgO,MgA l2O4;随着氧化程度增加,复合材料内A lN相减少,MgO含量增加,并逐渐出现MgA l2O4相;复合材料的硬度随预制体的氧化程度增加而线性下降;预制体的氧化造成S i3N4和A l之间的反应减弱是硬度下降的重要原因。

Si_3N_4-Fe对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

利用Si3N4 的优良性质及金属塑性相Fe的作用 ,将其添加到高炉出铁沟用Al2 O3-SiC -C浇注料中 ,以改善材料的力学性能和抗氧化性能。对高温处理后试样强度、显气孔率测试以及对氧化层的SEM分析 ,结果表明 ,添加适量的Si3N4 -Fe ,材料的显气孔率降低 ,强度提高 ,抗氧化性增强。

Si_3N_4 陶瓷与灰铸铁配副的摩擦学性能

在Ｍ－２００磨损试验机上于无润滑、蒸馏水润滑、乳化液润滑和１０＃机械油润滑４种条件下，对Ｓｉ３Ｎ４陶瓷分别与灰铸铁ＨＴ和Ｔ８钢配副进行了摩擦磨损性能的对比试验研究．结果表明：Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与灰铸铁ＨＴ配副时的摩擦因数和磨损体积在几种润滑环境中均表现出同样的顺序无润滑的＞蒸留水润滑的＞乳化液润滑的＞１０＃机械油润滑的；Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与灰铸铁ＨＴ配副时在蒸馏水润滑下的摩擦因数仅为０．０２，而在乳化液润滑下的为０．１３；在无润滑和蒸馏水润滑下，铸铁中的石墨能起不同程度的固体润滑作用，而在乳化液或１０＃机械油润滑下，石墨的润滑作用得不到发挥，此时起润滑作用的分别是极性分子的化学吸附膜和油分子吸附膜．

晶硅切割废粉为原料的反应烧结Si_3N_4结合SiC复相陶瓷的工艺研究

以晶硅切割废料Si粉和SiC为原料,Y2O3-Al2O3-Fe2O3为复合烧结助剂,反应烧结法制备低压铸造升液管用Si3N4/SiC复相陶瓷材料。设计L9(34)正交实验,研究了原料中Si、助剂Al2O3、Y2O3和Fe2O3的含量对陶瓷材料力学性能的影响和优化。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、断口形貌进行分析。结果表明,反应烧结后试样生成Si3N4结合SiC晶粒为主相的烧结体,并含有少量SiALON及未反应的Si。Si含量对力学性能的影响最为显著,通过对正交试验的验证,20wt%Si、3.2wt%Al2O3、0.8wt%Fe2O3和2 wt%Y2O3时烧结体抗弯强度最高。

基于纹理分析的Si_3N_4陶瓷表面粗糙度研究

通过数字显微镜获取Si3N4磨削表面图像,运用灰度共生矩阵(GLCM)分析表面纹理特征与粗糙度的内在关系。根据实验确定GLCM采样点间距、总灰度级,按4个方向建立GLCM并计算纹理特征参数均值。利用变量相关分析,确定对比度等6个参数为Si3N4磨削表面主要纹理特征,并探讨各纹理参数与Ra,Ry,S,Tp的变化规律,从而定性评估Si3N4磨削表面粗糙度。采用多元非线性回归方法研究纹理特征参数与粗糙度评定指标的联系,构建4个回归预测模型。结果表明:模型计算值与实测值偏差小于0.25,具有较好的预测效果。

长柱状β-Si_3N_4晶粒与SiC晶须在层状Si_3N_4/BN复合材料中的作用

用 Si C晶须和长柱状β- Si3N4对 Si3N4/ BN层状材料的基体层和分隔层进行了强化。轧膜工艺对 Si C晶须和原料中存在的少量 β- Si3N4晶粒有一定的定向作用 ,而基体层中定向分布的 Si C晶须和长柱状的 β- Si3N4晶粒对基体层的强韧化作用类似于块体材料 ,其抗弯强度和断裂韧性的提高幅度都大于 5 0 % ;分隔层中β- Si3N4的定向度较差 ,但这有利于形成网状结构 ,在分隔层中起到骨架的作用 ,同时还可以增加裂纹的扩展长度 ,改善分隔层与基体层的界面结合状态。最终得到性能最佳的材料的成分为 Si3N4+2 0 wt% Si C晶须 (基体层 ) ,BN+15 vol% β- Si3N4(分隔层 ) ,其断裂功可达 482 0 J/ m2 ,抗弯强度仍可保持在 6 5 0

Si_3N_4陶瓷烧结中烧结助剂的研究进展

研究了多种烧结助剂对氮化硅烧结性能和烧结过程的影响。研究表明 ,多组分助剂比单一组分助剂对氮化硅的助烧效果好 ,其中稀土氧化物和MgO -Al2 O3 -SiO2

Si_3N_4/SiC纳米复合陶瓷的微观结构

利用ＪＥＭ２０００ＥＸⅡ高分辨电镜和ＨＦ２０００冷场发射枪透射电镜对Ｓｉ３Ｎ４ＳｉＣ纳米复合陶瓷材料的微观组织、结构和成分进行了研究。结果表明，ＳｉＣ颗粒弥散分布在基体相β－Ｓｉ３Ｎ４晶内和晶界。晶内ＳｉＣ颗粒与基体相的界面结构有三种类型：１）直接结合的界面；２）完全非晶态的界面；３）混合型的界面。晶间ＳｉＣ颗粒与基体相的界面大部分是直接结合的。

残余热应力对Si_3N_4/金属钎焊接头性能的影响

利用Ｘ射线衍射微区应力测定及剪切断裂实验方法研究了Ｓｉ３Ｎ４／金属钎焊接头中的残余热应力分布，分析和讨论了残余热应力对接头断裂形式及强度的影响。结果表明，在Ｓｉ３Ｎ４／金属钎焊接头中由于残余热应力的作用，使断裂常常发生在Ｓｉ３Ｎ４一侧。本实验通过选用热膨胀系数与Ｓｉ３Ｎ４相近的金属进行钎焊，结果可以有效地降低接头中的残余热应力，提高接头强度。另外，钎焊界面上Ｃｕ应力缓解层的加入也有利于使接头中残余热应力进一步降低。