先驱体法制备纳米SiBON陶瓷粉体

采用一种成本低廉、操作简便的新工艺成功制备出纳米SiBON陶瓷粉体。首先以硼酸、无水乙醇和四氯化硅为原料合成SiBO先驱体,获得具有Si-O-B结构的先驱体凝胶;然后在氨气流中对先驱体凝胶进行热分解氮化处理,即获得具有B-N结构的SiBON纳米粉体。粉体呈现非晶态,粒径大约为30 nm。

原位析出片晶韧化相的SiBON玻璃陶瓷的结构与力学性能

本文对非晶态SIBON纳米粉末热压烧结研究,发现SIBON材料在1400℃时开始致密化同时开始析晶,析出晶体为h—BN、其余成分以非晶态存在。h—BN析出量随着烧结温度的升高而增多。在1400℃、1600℃和1700℃时,材料中BN形态分别为近等轴颗粒、大片晶和小片晶。这种从玻璃基体中析出的BN比通常所见的BN粉末有更完整的层片状晶体结构。这种原位析出片晶韧化相的SiBON玻璃陶瓷具有很高的力学性能。分析认为较高的强度主要归因于BN析出相对玻璃基体产生的压应力,而较高的断裂韧性来自于BN晶片所产生的裂纹偏转、桥接和晶片拔出增韧机制。

SiBON纳米粉体的制备与表征

以水为溶剂,以硼酸和正硅酸甲酯为主要原料,合成SiBO前驱体凝胶,通过1200～1600℃高温氮化、粉磨工艺制备出SiBON纳米粉体。采用X射线衍射、红外光谱分析、扫描电镜、元素分析、粒径分析等现代测试手段研究了Si-B-O-N纳米粉体的化学键结构、形貌特征和元素分布。研究表明,SiBON纳米粉体含有部分晶态SiO2和BN,其余为非晶态,且粉体结构含有B-N、B-O、B-O-B、O-Si-O、B-N-Si等键,并含有少量的Si-O-Si键。

无压烧结SiBON陶瓷的组织结构与力学性能

利用熔石英,六方氮化硼和氮化硅陶瓷粉末,通过冷等静压成型和在不同温度下进行无压烧结的方法制备了SiBON陶瓷复合材料,并对其进行了力学性能测试,分析了材料的物相组成与结构。实验结果表明:通过这种简单高效的工艺可以制得性能较好的SiBON陶瓷复合材料,且可通过控制材料组分和烧结温度调整材料的力学性能,其中,材料的致密度在67.3%～98.4%,抗弯强度为60～170 MPa,断裂韧性为0.8～2.1 MPa.m1/2,弹性模量为48～112 GPa。

热处理气氛对SiBON陶瓷材料析晶行为的影响

熔融石英陶瓷在使用过程中的析晶现象一直备受关注。采用XRD、SEM、FT-IR、XPS分析手段研究了SiBON陶瓷物相结构、表面形貌、化学键存在形式对其析晶行为的影响。结果表明,SiBON陶瓷在氮气保护条件下经1550℃烧结后仍可有效抑制方石英的析出,同一温度在真空气氛下烧结制成的样品抑制析晶效果不佳。SiBON陶瓷的物相组成为非晶SiBON、Si_(3)N_(4)、BN,抑制析晶机理为B、N元素的掺杂使SiO_(2)中的Si—O—Si键转变为B—O—Si、Si—O—N键,由此生成的Si—B—O—N非晶结构提高了SiO_(2)的析晶活化能。

SiBON陶瓷中BN晶片的析出与力学性能

在Si-O网络中掺杂B、N元素形成一种新型陶瓷材料SiBON,以便抑制SiO2析晶及提高SiO2耐热温度,并且通过从SiBON非晶粉末烧结中析出BN增强相的途径提高熔石英基陶瓷的力学性能。研究表明,烧结体物相组成为析出的h-BN和非晶态基体,其中1400、1600和1700℃烧结析出的h-BN形貌特征为近等轴颗粒、大片晶和小片晶。SiBON陶瓷具有远高于熔石英陶瓷的力学性能。强化机制为析出相对基体的界面切向压应力作用,而韧化机制为片晶的桥接和拔出。