Si3N4基陶瓷材料的微結(jié)構(gòu)控制及其力學(xué)性能的優(yōu)化.pdf

1、采用溶膠-凝膠法合成了BaAl2Si2O8(BAS)及Ba0.75Sr0.25Al2Si2O8(BSAS)非晶粉末，通過DSC非等溫結(jié)晶動力學(xué)及1450℃等溫結(jié)晶試驗(yàn)，揭示了Sr2+對鋇長石玻璃粉末的結(jié)晶行為及其六方→單斜相變的影響規(guī)律。采用熱壓燒結(jié)法合成了50wt％Si3N4/BSAS陶瓷材料，XRD物相及熱膨脹分析表明單斜鋇長石僅能與α相Si3N4共存，β-Si3N4使得六方鋇長石更加穩(wěn)定。
　　以氧化物原位反應(yīng)生成BAS或B

2、SAS玻璃陶瓷為基礎(chǔ)，采用放電等離子燒結(jié)法(1800/5min)℃和無壓燒結(jié)法(1900/60min)℃合成了70wt%Si3N4增強(qiáng)BAS及BSAS陶瓷材料，并進(jìn)行(1800/60min/2.0MPaN℃2)后續(xù)熱處理；采用熱壓燒結(jié)法1800/80min℃和1700/40min+1800/120min℃℃合成了70wt%Si3N4/BAS和60wt%Si3N4/BAS陶瓷材料。系統(tǒng)研究了燒結(jié)方式、燒結(jié)工藝及熱處理對顯微組織及力學(xué)性能的

3、影響規(guī)律。結(jié)果表明：(1)熱壓和SPS法與無壓燒結(jié)法相比可促進(jìn)液相潤濕Si3N4，從而提高Si3N4的轉(zhuǎn)變速率；(2)SPS燒結(jié)不但能夠?qū)崿F(xiàn)Si3N4/BAS和Si3N4/BSAS陶瓷材料的快速致密化，還能夠完成Si3N4/BAS陶瓷材料中Si3N4的α→β轉(zhuǎn)變；(3)SPS結(jié)合后續(xù)熱處理或兩步燒結(jié)法，避免致密化過程中Si3N4的α→β轉(zhuǎn)變，利用原料中混入β-Si3N4晶粒的成核作用，可在Si3N4/BAS陶瓷材料中產(chǎn)生雙模式組織；(4

4、)經(jīng)過熱處理調(diào)整顯微結(jié)構(gòu)并緩解殘余應(yīng)力，材料的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性可達(dá)968MPa和8.9MPa·m1/2，斷口為穿晶斷裂，棒晶傳遞并承受載荷、裂紋橋連和偏轉(zhuǎn)是主要的強(qiáng)韌化機(jī)制。
　　以10wt%BAS作添加劑，采用熱壓燒結(jié)法(1800/80min)℃合成了高韌性的復(fù)相(10%α+90%β)-SiAlON和(40%α+60%β)-SiAlON陶瓷材料。顯微組織的特征為高長徑比β-SiAlON棒晶均勻分布在α-SiAlON及BAS共同

5、構(gòu)成的基體上。晶間相BAS有利于界面脫開及裂紋偏轉(zhuǎn)、棒晶橋連，使復(fù)相(α+β)-SiAlON/BAS陶瓷材料具有較高的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性。
　　以5wt%BAS作添加劑，采用熱壓燒結(jié)法合成了化學(xué)式為RE1/3Si10Al2ON15的自韌化α-SiAlON/BAS陶瓷材料，系統(tǒng)地研究了燒結(jié)工藝、后續(xù)熱處理、稀土類型(單元和雙元)對自韌化α-SiAlON/BAS陶瓷材料的物相、顯微組織演變及力學(xué)性能的影響規(guī)律。闡述了中間相β-SiAl

6、ON出現(xiàn)的原因，并采用控制燒結(jié)工藝參數(shù)及高溫?zé)崽幚韮煞N方法予以消除；采用1200/2h℃-1500/1h℃-1800/1h℃三步燒結(jié)法排除BAS溶解RE、Al、N等因素的影響，促進(jìn)α-SiAlON的形成，獲得了理想相組成的α-SiAlON/BAS(5wt%)陶瓷材料；BAS液相能夠顯著改變α-SiAlON晶粒的生長行為，提高α-SiAlON陶瓷材料中棒晶的含量及其長徑比，有效地實(shí)現(xiàn)了α-SiAlON/BAS(5wt%)陶瓷材料的自韌化。