稀释剂含量对自蔓延高温合成Si_3N_4-SiC-TiN陶瓷的影响

以TiSi2和SiC为原料,利用自蔓延高温合成(self-propagation high-temperature synthesis,SHS)方法合成直径为24mm的Si3N4-SiC-TiN陶瓷。通过理论计算和实验研究了不同孔隙率压坯中稀释剂SiC含量对反应物TiSi2转化率的影响。结果表明:SiC在一定范围内增加有利于TiSi2的氮化, 且含40%(质量分数,下同)SiC和50％SiC的压坯在燃烧合成过程中发生了SiC的氮化反应。压坯孔隙率为50%(体积分数,下同)时,反应物TiSi2 氮化充分,最终产物为Si3N4-SiC-TiN。孔隙率为45%,含量为30％SiC和40％SiC压坯的合成产物中残留游离Si,50％SIC压坯的合成产物中未发现游离Si。在稀释剂含量为35％SiC,氮气压力为150 MPa条件下,所得的Si3N4-SiC-TiN复相陶瓷抗弯强度达430 MPa,断裂韧性为3．6 MPa·m1/2。

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

以柠檬酸铵为TiO_2分散剂控制Si_3N_4-TiN复相陶瓷的显微结构

以Si3N4,AlN和TiO2为原料,Y2O3和Al2O3为烧结助剂,通过添加柠檬酸铵作为TiO2的分散剂,采用原位反应合成法制备TiN体积分数为5%的Si3N4-TiN复相陶瓷,在高温烧结过程中原料中的TiO2和AlN反应生成TiN。通过扫描电子显微镜观察了柠檬酸铵分散剂用量对Si3N4-TiN 复相陶瓷显微结构的影响。结果表明:添加柠檬酸铵分散剂降低原料混合粉体中TiO2的团聚,获得组分均匀的Si3N-TiO2-AlN复合粉体,从而提高 Si3N4-TiN复相陶瓷中TiN相在Si3N4基体中的分散性,烧结后获得显微结构均匀的Si3N4-TiN复相陶瓷。当在体系中添加0．20g柠檬酸铵分散剂可以显著改善Si3N4-TiN复相陶瓷的显微结构,TiN晶粒被控制在0．2-0.3μn。

燃烧合成制备Si_3N_4–TiN–SiC陶瓷的显微结构

以TiSi_2为反应原料,SiC作稀释剂,燃烧合成制备Si_3N_4–TiN–SiC陶瓷。利用燃烧波“淬熄”法使反应各个阶段的物相得以保留,通过X射线衍射及扫描电镜分析TiSi_2在燃烧合成中的反应过程及显微组织转化。结果表明完全反应后产物的主相为Si_3N_4,其余为TiN和SiC。在燃烧过程中,TiSi_2首先受热熔化,包覆于SiC颗粒表面,随后与N2反应生成TiN和Si。Si在高热作用下发生熔化、汽化,液态Si与未反应的TiSi_2互溶。生成的Si与氮气发生反应,形成Si_3N_4晶核,并不断长大。燃烧合成反应过程中,Si_3N_4晶须的生长十分复杂,由气–液–固机制、气–固机制及蒸发凝聚的气相生长机制共同作用。

TiO_(2)对Si_(3)N_(4)-SiC_(w)复合材料致密化和力学性能的影响

以Yb_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)作为烧结助剂,采用烧结-热等静压工艺制备了具有高致密度和优异力学性能的Si_(3)N_(4)-SiC_(w)复合材料,研究了TiO_(2)含量对Si_(3)N_(4)-SiC_(w)复合材料致密化和力学性能的影响。结果表明:TiO_(2)的加入促进了Si_(3)N_(4)-SiC_(w)复合材料的致密化。随着TiO_(2)含量的增加,Si_(3)N_(4)-8%SiC_(w)复合材料的抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度均呈现出先提高后降低的变化趋势。当TiO_(2)含量(质量分数)为3%时,Si_(3)N_(4)-8%SiC_(w)复合材料的相对密度和综合力学性能最佳,其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度分别为(99.5±0.1)%、(1 301±87) MPa、(7.8±0.1) MPa·m^(1/2)、(16.2±0.1) GPa。TiO_(2)和Si_(3)N_(4)之间的原位反应生成的SiO_(2)和TiN对Si_(3)N_(4)-SiC_(w)复合材料的界面结合强度及力学性能产生了重要影响。