原位反应结合多孔Si3N4陶瓷的制备及其介电性能

以氮化硅(Si_3N_4)和氧化铝(Al_2O_3)为起始原料,利用原位反应结合技术制备Si_3N_4多孔陶瓷.研究烧结温度和保温时间对Si_3N_4多孔陶瓷的微观结构、力学性能以及介电性能的影响.结果表明:烧结温度在1350℃以下,保温时间<4h时,随着烧结温度的升高,保温时间的延长,样品的强度和介电常数增大;但条件超出这个范围,结果刚好相反;物相分析表明多孔陶瓷主要由Si_3N_4和Al_2O_3以及Si_3N_4氧化生成的SiO_2(方石英)组成.所制备的多孔Si_3N_4陶瓷的气孔率范围为25.34%～48.86%,抗弯强度为34.77～127.85MPa,介电常数为3.0～4.6,介电损耗约为0.002.

凝胶注模成型多孔Si_3N_4陶瓷及其性能

采用凝胶注模成型工艺制备出了具有低介电常数和高强度特性的多孔Si3N4陶瓷平板和锥形体样件,并对其微观结构、高温介电性能、透波率和弯曲强度等进行了测试与分析。结果表明:该方法获得的多孔Si3N4陶瓷具有低介电常数(2.3-2.8)、高弯曲强度(大于50 MPa)、高温介电性能稳定和透波率良好等优点。

相分离技术制备多孔Si_3N_4陶瓷

使用苯甲酸作为造孔剂,苯甲酸-无水乙醇溶液作为液相配置Si3N4陶瓷料浆,通过湿法成型制备多孔Si3N4陶瓷坯体。利用固相在不同温度下溶解度不同,通过改变固/液相的分离温度,在陶瓷基体中引入造孔剂。通过改变相分离的温度来实现对多孔Si3N4气孔率的控制。造孔剂苯甲酸可以在低温下挥发,从而减少了排除造孔剂过程中对Si3N4表层的氧化,保证了多孔Si3N4的高温力学性能。使用热致相分离法最大的优势是在保证湿法成型复杂形状的前提下在陶瓷基体中均匀地添加了造孔剂,制备出高气孔率多孔Si3N4陶瓷。

高岭土对多孔Si_3N_4陶瓷常压烧结的影响

以α-Si3N4和高岭土为原料,采用常压烧结制备出多孔Si3N4陶瓷材料。研究了高岭土的加入量对多孔Si3N4陶瓷相组成,显微结构和力学性能的影响。采用阿基米德法和三点弯曲法测试了材料的密度、气孔率及抗弯强度,并用XRD和SEM对相组成和显微结构进行了研究。结果表明:所制备材料的主晶相为β-Si3N4,微观结构是由棒状颗粒互相搭接组成。随着高岭土含量的增多,其气孔率减小,密度增加。添加20%的高岭土所得多孔Si3N4陶瓷的微观结构及抗弯强度较佳。

仿生制备多孔氮化硅陶瓷

以松木炭化后形成的多孔木炭为模板,经Y_2O_3/SiO_2混合溶胶浸渍生物碳模板形成Y_2O_3/SiO_2/C复合体,在高压氮气氛下(0.6MPa),1600℃碳热还原氮化制备出生物形态多孔氮化硅陶瓷.借助XRD、SEM研究了烧结助剂、烧结温度、反应时间和烧结气氛对烧结产物显微结构和晶相的影响,探讨了多孔Si_3N_4陶瓷的反应过程和机理.结果表明,多孔Si_3N_4陶瓷是由主晶相β-Si_3N_4和少量晶间玻璃相Y_sSi_4N_4O_(14)组成;多孔Si_3N_4不仅保留了松木的管胞结构,还在孔道中生长出纤维状形貌的β-Si_3N_4颗粒;Si_3N_4的反应烧结过程包括α-Si_3N_4的形成、晶形转变(α-β相变)和晶粒生长三个阶段.在1450℃烧结的机理是气-固和气-气反应机理,在1600℃通过液相烧结的溶解-沉淀机理形成纤维状的多孔Si_3N_4陶瓷.

Si_3N_4含量对Y-Si-Al-O-N涂层组织和性能的影响

以Y2O3、SiO2、Al2O和α-Si3N4为原料,采用料浆喷涂工艺在多孔Si3N4基体表面制备出致密的Y-Si-Al-O-N陶瓷涂层。研究了原料中α-Si3N4含量对Y-Si-Al-O-N熔体结构的影响,以及对涂层组织和性能的影响。结果显示:随着α-Si3N4含量的增加,颗粒状的δ-Y2Si2O7晶粒逐渐增多,板条状的Keiviite-Y晶粒逐渐减少。涂层使多孔Si3N4的吸水率降低了94.2%～95.6%,起到了很好的封孔效果。涂层也使多孔Si3N4的硬度提高了239.3%～527.3%。

氮化硅基多孔陶瓷的孔隙结构控制

氮化硅多孔陶瓷的孔隙率、孔径的调节与孔隙结构的控制主要是通过改变粉料颗粒配比、料浆浓度、成形密度和烧结工艺来实现的,得到的材料多以β-Si3N4为主相,对α-Si3N4多孔陶瓷材料的研究较少。本实验以磷酸锆为结合剂并添加不同成孔剂低温常压烧结制备以α-Si3N4为主相、孔隙可控的氮化硅基多孔陶瓷,孔隙率范围30%~70%,抗弯强度16~108MPa。