添加过渡金属化合物对氮化硅显微组织的影响

由于较高的综合力学性能,氮化硅陶瓷球得到广泛的工程应用,但是极端工况下依然存在明显失效开裂现象。在一般氧化物烧结助剂的基础上添加少量过渡金属化合物能起到优化材料设计和进一步提高性能的作用,但是相关作用机理还未有明确探知。在添加Al_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)烧结助剂基础上,分别添加TiN、Fe_(3)Si和WC等过渡金属化合物,并采用热等静压烧结方法制备了氮化硅陶瓷轴承球。采用X射线衍射检测其物相组成,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究其组织结构特点,并使用纳米压痕法对其力学性能进行了研究。结果表明,添加Ti N可有效抑制烧结过程中有害物相Si_(2)N_(2)O的生成;添加TiN和WC有利于烧结过程Al和O向氮化硅基体中扩散,形成了Sialon相;添加Fe_(3)Si则不具有上述作用;添加TiN可获得晶粒尺寸细小均匀的β-Si_(3)N_(4)组织;添加Fe3Si会生成粗大β-Si_(3)N_(4)晶粒相互穿插桥接且其空隙填充细小β-Si_(3)N_(4)晶粒的烧结组织;添加WC则生成粗细晶共存的非均匀组织。与添加Fe3Si和WC相比,添加TiN的氮化硅陶瓷球具有更高的硬度和更大的弹性模量等更好的力学性能。