氮化硅陶瓷的无压烧结工艺优化及性能研究

以α-Si_3N_4为原料,Y_2O_3和MgO为复合烧结助剂,通过无压烧结制备出氮化硅陶瓷。为了优化实验配方和工艺参数,采用正交实验研究了成型压力、保压时间、保温时间、烧结温度、烧结助剂含量以及配比对氮化硅陶瓷气孔率和抗弯强度的影响规律。结果表明,影响氮化硅陶瓷气孔率的主要因素是烧结助剂含量和配比,而影响其抗弯强度的主要因素是烧结助剂配比和烧结温度。经分析得出,最佳工艺参数为成型压力16 MPa,保压时间120 s,保温时间2 h,烧结温度1750℃,烧结助剂含量12wt%,烧结助剂配比1∶1;经最佳工艺烧结后的氮化硅陶瓷,相对密度为94.53%,气孔率为1.09%,抗弯强度为410.73 MPa。

Co/Al金属在聚晶立方氮化硼中的作用及加工适用性

通过正交试验和切削试验相结合的方法,检测聚晶立方氮化硼(PCBN)烧结体的硬度和强度,分析并观察烧结体组元相互熔渗状况以及微观形貌,探索了Co/Al金属对PCBN烧结体的影响以及不同结合剂含量PCBN的加工适应性。试验结果表明:CBN含量和Co含量对PCBN的抗弯强度和硬度影响显著;在刀具材料的选择上,高PCBN浓度的刀具适合加工灰铸铁,低PCBN浓度的刀具适合加工淬硬钢;Co/Al金属能够通过高温高压在PCBN层和硬质合金基体之间进行相互熔渗,导致PCBN层在距硬质合金10~20μm处Co含量达到最大值;PCBN的失效为穿晶断裂方式。

多孔氮化硅陶瓷制备方法的研究进展

多孔氮化硅陶瓷由于其高孔隙、低介电及优异的力学性能而备受广大学者的关注,介绍了多孔氮化硅陶瓷的主要制备方法及其性能,简要综述了多孔氮化硅陶瓷的国内外研究现状和动态,最后展望了多孔氮化硅陶瓷的发展前景。

景观装饰用透水混凝复合材料制备优化及性能

为增强装饰用混凝土的强度性能以及透水性能,试验制备了一种装饰用透水混凝复合材料,然后通过正交试验研究其最佳参数配比,并研究其实际应用性能。正交试验分析结果表明,最佳骨料粒径大小为5~15 mm、最佳水泥掺量为265 kg/m^(3)、最佳水灰比为0.3水灰比、最佳掺入颜料种类为氧化铁红无机颜料。在最佳配比参数下,试验制备的装饰用透水混凝土的抗压强度为13.5MPa,孔隙率为26.91%,透水系数为8.56 mm/s。试验制备的景观设计用装饰混凝土材料在保证美观性的同时,强度性能良好,透水性较强,符合实际应用指标要求。

无压烧结氮化硅陶瓷的物理性能研究

以α-Si_(3)N_(4)粉末为原料,Y_(2)O_(3)和MgAl_(2)O_(4)体系为烧结助剂,采用无压烧结方式,研究了烧结温度、保温时间、烧结助剂含量以及各组分配比对氮化硅致密化及力学性能的影响。结果表明:以Y_(2)O_(3)和MgAl_(2)O_(4)为烧结助剂体系,氮化硅陶瓷在烧结温度为1600℃,保温时间为4 h,烧结助剂含量为12.5%(质量分数),Y_(2)O_(3)和MgAl_(2)O_(4)质量比为1∶1时,综合性能最好;氮化硅陶瓷显气孔率为0.21%,相对密度为98.10%,抗弯强度为598 MPa,维氏硬度为15.55 GPa。

自增韧氮化硅陶瓷的制备与性能研究

氮化硅陶瓷具有优异的物理机械性能和化学性能,被广泛应用于高温、化工、冶金、航空航天等领域.在结构陶瓷中氮化硅陶瓷虽具有相对较高的断裂韧性,但为了进一步拓宽氮化硅陶瓷的运用领域和提高其使用可靠性,改善其断裂韧性一直是该材料研究的重要课题.笔者通过利用氮化硅陶瓷的自增韧技术,使用复合烧结助剂和在氮化硅基体中添加长柱状β-Si3 N4晶种,制备高断裂韧性的氮化硅陶瓷.采用X射线衍射、扫描电镜、阿基米德法、三点抗弯曲强度、单边切口梁法等测试方法对陶瓷的组成、显微结构、显气孔率以及抗弯强度和断裂韧性等进行了分析与表征.首先研究了无压烧结制备氮化硅陶瓷过程中,烧结助剂(Y2 O 3和Al2 O 3)对其烧结性能和力学性能的影响,当Y2 O 3含量为8wt%,Al2 O 3含量为4wt%时,氮化硅陶瓷的相对密度达95%以上,抗弯强度为674 MPa,断裂韧性为6.34 MPa·m1/2.再通过引入La2 O 3提高氮化硅晶粒的长径比,使氮化硅陶瓷的抗弯强度和断裂韧性达到686 MPa和7.42 MPa·m1/2.笔者通过无压烧结工艺,在1750℃制备了长柱状的β-Si3 N4晶种,晶种的平均长度为2.82μm,平均粒径为0.6μm,平均长径比为4.7,着重研究了晶种对氮化硅陶瓷烧结性能和力学性能的影响.氮化硅陶瓷中加入晶种后,其烧结性能和抗弯强度略有降低,但断裂韧性得到了很大的提高;且随着晶种添加量的增加,断裂韧性先升高再降低,掺杂量为2wt%时,断裂韧性达到最大(7.68 MPa·m1/2),提高了20%以上.

硅液相浸渍反应制备TiC/SiC和TiN/SiC复相陶瓷

以滤纸、酚醛树脂和氧化钛为原料,经过模压成型、固化、碳化及不同条件下渗硅制备了TiC/SiC和TiN/SiC复相陶瓷。通过X射线衍射和扫描电子显微镜研究了TiC/SiC和TiN/SiC复相陶瓷的微观结构和物相组成,测量了复相陶瓷的弯曲强度和断裂韧性。结果表明:真空条件下液态渗硅获得的TiC/SiC复相陶瓷具有多孔的微观结构,其弯曲强度和断裂韧性较小。氮气气氛下液态渗硅制备的TiN/SiC复相陶瓷结构致密,有较高的弯曲强度和断裂韧性。不同反应生成的TiC,TiN陶瓷颗粒对液态硅的润湿性不同,使得生成的复相陶瓷具有不同的微观结构。TiN/SiC复相陶瓷中TiN颗粒的引入,在基体与第二相颗粒间的界面上产生拉应力和压应力,使达到这一区域的裂纹偏转,从而获得增韧效果。