反应烧结法制备BN/Si3N4复相陶瓷的结构和性能

采用在硅(Si)粉中添加硼(B)粉,利用反应烧结法制备氮化硼/氮化硅(BN/Si_3N_4)复相陶瓷,分别采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜对其相组成和断面形貌进行表征,并采用同轴法分析其介电性能.结果表明:成型压强的增加会导致样品氮化率下降;随着氮化温度的升高,样品氮化率增大;随着B添加量的增加,样品的氮化率先升高后降低.采用12 MPa成型且B添加量为10%(质量分数)时,经1 450℃氮化处理制得的陶瓷以β-Si_3N_4相为主,孔隙率为40.12%,在2~18GHz频率下,其介电常数为3.27~3.58,介电损耗角正切值为1.10×10^(-3)~1.12×10^(-2).B的加入有效地改善了Si_3N_4陶瓷的介电性能,有望应用于透波材料领域.

SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷制备及性能

以Y2O3和Al2O3陶瓷粉体作为烧结助剂,对不同含量BN原料配比无压烧结制备SiO2-BN-Si3N4系复相陶瓷,生坯采用注凝成型制备,然后在1780℃保温2h烧结,烧结体主要由板条状的Si2N2O及长柱状的β-Si3N4晶粒构成,BN晶粒弥散在各晶粒之间。Si2N2O相通过反应SiO2+Si3N4=2Si2N2O原位生成。Si2N2O具有优异的抗氧化性,Si3N4具有高的强度,而BN的加入大大提高了材料的可加工性能,材料结合了各相的优异性能。实验结果表明:材料热冲击性能优异,热冲击温差在800℃时,材料的弯曲强度还略有提高,1200℃时,材料的残余弯曲强度保持不变。

Si_3N_4/hBN复相陶瓷的研究现状及进展

Si3N4/hBN复相陶瓷凭借优良的综合力学性能,逐渐成为人们研究的热点。从制备工艺和性能出发阐述了国内外Si3N4/hBN复相陶瓷的研究现状,分析了各种制备方法的优缺点以及hBN含量对Si3N4/hBN复相陶瓷的可加工性能、力学性能、介电性能、摩擦学性能的影响,并指出简化工艺、降低烧结温度、hBN含量与性能定量表征等可能是今后的发展方向。

Si_3N_4-hBN复相陶瓷材料在海水环境中的摩擦学特性研究

通过热压烧结制备不同含量hBN的Si_3N_4复相陶瓷材料,利用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机研究Si_3N_4-hBN复相陶瓷材料与Ti6Al4V钛合金在海水环境下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜(SEM)来观察分析材料的磨损形貌;同时采用EDS能谱仪对摩擦表面的元素分布进行定性分析并且对摩擦表面膜的元素分布进行定性分析.结果表明,hBN的加入降低了Si_3N_4陶瓷材料的物理力学性能;海水环境,20 N、1 000r/min条件下,纯氮化硅(0.467,1.01×10-5 mm^3/Nm)的摩擦因数和磨损率高于hBN含量为5%(0.411,5.58×10-6mm^3/Nm)和10%(0.417,6.55×10-6 mm^3/Nm)的Si_3N_4复相陶瓷材料,低于hBN含量为20%(0.505,2.07×10-5 mm^3/Nm)和30%(0.485,1.34×10-5 mm^3/Nm)的Si_3N_4复相陶瓷材料.当hBN含量为5%时,摩擦配副的摩擦因数和磨损率均最低,表明了Si_3N_4-5 wt.%hBN具有良好的摩擦学性能,这归因于TC4盘试样表面生成了具有润滑作用的SiO_2、TiO_2、Fe_2O_3、Al(OH)3和Mg(OH)2等物质,该物质不仅能改善配副摩擦的摩擦因数,还对摩擦表面起到了一定的保护作用.

反应烧结制备Si3N4/SiC复相陶瓷及其力学性能研究

以两种不同配比Y2O3/Al2O3(A,2:3;B,3:1,总量15 wt%)为烧结助剂,通过添加不同质量分数的SiC粉体,反应烧结制备了高强度的氮化硅/碳化硅复相陶瓷。并对材料的相组成、相对密度、显微结构和力学性能进行了分析。结果表明:在1700℃保温2 h情况下,烧结助剂A与B对应的样品中α-Si3N4相全部转化为β-Si3N4;添加5wt%SiC,烧结助剂A对应样品的相对密度达到最大值94.8%,且抗弯强度为521.8 MPa,相对于不添加SiC样品的抗弯强度(338.7 MPa)提高了约54.1%。SiC能有效改善氮化硅基陶瓷力学性能,且Si3N4/SiC复相陶瓷断裂以沿晶断裂方式为主。

Si_3N_4复相陶瓷半固态连接的接头组织和界面反应

根据复合材料的强化原理 ,用Ag Cu Ti钎料和TiN颗粒作为复合连接材料在半固态下连接Si3N4复相陶瓷以提高接头强度 ,研究了接头的组织和界面反应。结果表明 ,接头由母材 反应层 含微量Ti的Ag Cu +TiN 反应层 母材组成 ,反应层由含Ti、Si、N三种元素的一些化合物组成 ;TiN颗粒在Ag Cu基体中的分布总体均匀 ,两者之间的界面清晰、结合致密 :当TiN的加入量较小时 ,对连接材料与母材的界面反应没有明显影响。初步的剪切试验结果表明 ,采用Ag Cu Ti加TiN颗粒作为复合连接材料连接Si3N4

氮化烧结制备Si_3N_4-SiC复相陶瓷

以酚醛树脂作为结合剂,以冷等静压方法成型制备氮化烧结Si3N4-SiC复相陶瓷,研究了结合剂对坯体强度和生成材料物相组成的影响。坯体强度随酚醛树脂含量增加而提高,最高强度达到23MPa,实现坯体可直接机械加工。经过氮化烧结,生成材料物相中含有SiC,含量达到7.1%～15.7%,并观察到细小的等轴颗粒αSi3N4、棒状晶粒βSi3N4以及少量针状和晶须状Si3N4。SiC颗粒与Si3N4结合在一起,被Si3N4包裹。Si3N4-SiC复相材料的生成机理:300～600℃,酚醛树脂发生裂解,形成单质C,残碳率为50%;1000～1100℃,C开始与Si发生固相反应,形成SiC;1100℃后,Si开始发生氮化反应,生成Si3N4。

Si_3N_4/TiN复相陶瓷常温导电性研究

分析了以高硅铁尾矿合成的Si3N4粉和高钛渣为原料常压烧结制备的Si3N4/TiN复相陶瓷的常温导电性,并对其进行放电加工。研究结果表明,初始原料中20%(质量分数)左右的TiO2加入量是决定材料中TiN能否形成导电网络的最低TiO2加入量,此时材料的电阻率为4.25×10-2Ω.cm。烧结温度升高,材料的电阻率略有降低。随放电加工速度的增加,加工表面的粗糙度明显增加。

原位无压烧结制备Si2N2O-Si3N4复相陶瓷

以Y2O3和Al2O3陶瓷粉体作为烧结助剂,原位无压液相烧结制备Si3N4-Si2N2O复相陶瓷,Si2N2O相通过SiO2+Si3N42Si2N2O反应生成。生坯采用注凝成型制备,然后在1780℃保温2h烧结,烧结体基本由板条状的Si2N2O及长柱状的-βSi3N4晶粒构成。Si2N2O陶瓷相对于Si3N4陶瓷而言,具有优异的抗氧化性能,低的弹性模量,以及低的热膨胀系数,因此,Si2N2O-Si3N4复相陶瓷结合了两者的优异性能,并大大提高了材料的热冲击性,材料的热冲击温差即使达到1200℃,其残余强度基本上没有变化。

原位制备细晶Si_3N_4-Si_2N_2O复相陶瓷

以Y2O3和Al2O3纳米陶瓷粉体作为烧结助剂,液相烧结非晶纳米Si3N4陶瓷粉体,制备Si3N4-Si2N2O复相陶瓷。Si2N2O相通过原位反应2Si3N4(s)+1.5O2(g)=3Si2N2O(s)+N2(g)生成。1600℃烧结,烧结体保温30min,Si2N2O体积分数达到52%,基本由细小均匀的球形晶粒构成,平均粒径尺寸210nm,相变过程中,个别颗粒异常长大,长径比达到1.5。保温时间对孔隙、密度和粒径产生重要影响:随着保温时间的延长,孔隙逐渐收缩减小,烧结体的致密度逐渐提高,晶粒逐渐长大,保温60min,孔隙几乎完全闭合,相对密度达到99.1%,平均粒径280nm。当保温时间达到90min时,相对密度增加并不明显,但平均粒径长大到360nm。

Y_2O_3对反应烧结Si_3N_4/SiC复相陶瓷组织和性能的影响

以低压铸造用升液管为研究目的,以Y2O3-Al2O3-Fe2O3为复合烧结助剂,磨切单晶硅废料Si粉和SiC为主料,反应烧结法制备Si3N4/SiC复相陶瓷。研究了Y2O3含量对复合材料结构和力学性能的影响,采用XRD、SEM对复合材料的相组成、微观形貌进行分析。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晶须及未反应的Si。Y2O3含量对复相陶瓷力学性能影响很大,在分析稀土Y2O3作用机理的基础上,得到2.5%Y2O3优化试样的力学性能优良,相对密度达到88%,维氏硬度达到1.1 GPa,常温抗弯强度50 MPa。

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.

Si_3N_4-TiC纳米复相陶瓷的组织与力学性能研究

采用热压烧结方法制备了Si3N4-TiC纳米复相陶瓷,研究了其组织与力学性能。SEM照片表明,Si3N4-TiC纳米复相陶瓷的显微组织由球形晶粒构成。在液相烧结过程中,TiC与Si3N4发生反应,生成了TiC0.7N0.3。力学性能测试结果表明,添加适量的TiC颗粒可以提高Si3N4陶瓷的抗弯强度和断裂韧性;Si3N4陶瓷的硬度随TiC含量的增加而增大。

烧结助剂La_2O_3含量对热压烧结制备Si_3N_4-AlN复相陶瓷性能的影响

以Si3N4和AlN为原料,La2O3为烧结助剂,在氮气气氛和1 800℃、30MPa压力下热压烧结保温1 h制备出了Si3N4-AlN复相陶瓷,研究了La2O3含量对复相陶瓷烧结性能、抗弯强度、热导率及介电损耗的影响。结果表明:随La2O3含量的增加,复相陶瓷的孔隙率先减小然后趋于稳定,Si3N4由α相向β相逐渐转变完全,且含镧黄长石晶界相逐渐增多;随La2O3含量的增加,复相陶瓷的抗弯强度逐渐减小,介电损耗先减小后增大,热导率则先增大后减小;在La2O3含量为4%时,抗弯强度达到最大值为574 MPa;在La2O3含量为6%时,介电损耗最低,同时热导率最大,分别为4.55×10-3和11.7W.m-1.K-1。

TiN/Si_3N_4复相陶瓷电火花线切割加工效率的正交试验研究

通过对TiN/Si3N4复相陶瓷电火花线切割加工电参数的优化试验,找出影响加工效率的主要因素和较优的参数组合,为进一步开发TiN/Si3N4复相陶瓷材料的加工及应用提供依据。

聚氮硅烷催化裂解原位合成碳纳米管增强SiC/Si_3N_4复相陶瓷

以聚氮硅烷为前驱体,通过催化裂解原位生成SiC/Si3N4复相陶瓷,同时原位生成碳纳米管增韧相;研究热解温度、掺杂催化剂种类对SiC/Si3N4复相陶瓷微观结构及形态的影响,运用扫描电镜、高分辨率透射电镜、X射线衍射、综合热分析进行结构分析和表征。结果表明,催化裂解可有效增强陶瓷基体的强度和实现基体与纳米相的复合和分散,并降低SiC/Si3N4复相陶瓷晶化温度。

Si_3N_4-TiN纳米复相陶瓷的制备与性能研究

采用热压烧结方法制备了Si3N4-TiN纳米复相陶瓷,研究了纳米TiN颗粒的添加对Si3N4陶瓷组织、力学性能和抗热震性能的影响。研究结果表明:Si3N4-TiN纳米复相陶瓷的显微组织由粒径为100nm左右的晶粒构成,TiN以独立颗粒的形式存在;纳米TiN颗粒的添加可以提高纳米Si3N4陶瓷的断裂韧性和抗弯强度,但对硬度影响不大;适量TiN颗粒的添加能改善纳米Si3N4陶瓷的抗热震性。

Si_3N_4—SiC复相陶瓷及其碳纤维复合材料研究进展

介绍了不同工艺制备的Si3N4 、SiC的性能 ,研究了Si3N4 —SiC复相陶瓷及其碳纤维复合材料研究发展现状 ,认为Si3N4 —SiC复相陶瓷能够克服单一Si3N4 、SiC陶瓷断裂韧性低、烧结过程中晶粒长大造成强度下降等缺点 ,同时也弥补了SiC陶瓷强度较低的遗憾 ;而碳纤维的加入可以大大改善材料的韧性。认为结合Si3N4 —SiC复相陶瓷的高强度和碳纤维复合材料的高韧性 ,可以制备出性能优良的Cf/SiC—Si3N4 陶瓷基复合材料 。

TiN/Si_3N_4纳米复相陶瓷电加工表面质量的正交试验研究

通过对TiN/Si3N4纳米复相陶瓷电火花线切割加工电参数的优化试验,找出了影响表面粗糙度值的主要因素和较优组合,为进一步开发TiN/Si3N4纳米复相陶瓷材料的应用提供了依据。

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.