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籽晶添加对氮化硅陶瓷显微结构与力学性能的影响

张英伟 , 余建波 , 夏咏锋 , 左开慧 , 姚冬旭 , 曾宇平 , 任忠鸣

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2012.11555

以不同配比的Y₂O₃-Al₂O₃为烧结助剂, 通过添加3wt%的单分散β-Si₃N₄籽晶, 采用气压烧结制备了氮化硅陶瓷, 并对所得材料的相组成、密度、室温和高温力学性能及显微结构进行了研究. 结果表明: 不同烧结助剂配比的α-Si₃N₄粉体在1800℃保温2 h即全部转化为β-Si₃N₄, 且各烧结体的相对密度都达到了97%以上. 在6wt%Y₂O₃和4.5wt%Al₂O₃为烧结助剂时, 添加3wt%籽晶的样品其室温强度和1200℃高温强度分别提高了20%和16%, 断裂韧性提高了8%.

关键词: β-Si₃N₄籽晶; 力学性能; 晶粒形貌; 液相粘度

籽晶添加对氮化硅陶瓷显微结构与力学性能的影响

张英伟 , 余建波 , 夏咏锋 , 左开慧 , 姚冬旭 , 曾宇平 , 任忠鸣

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2012.11555

以不同配比的Y2O3-Al2O3为烧结助剂,通过添加3wt％的单分散β-Si3N4籽晶,采用气压烧结制备了氮化硅陶瓷,并对所得材料的相组成、密度、室温和高温力学性能及显微结构进行了研究.结果表明:不同烧结助剂配比的α-Si3N4粉体在1800℃保温2h即全部转化为β-Si3N4,且各烧结体的相对密度都达到了97％以上.在6wt％Y2O和4.5wt％Al2O3为烧结助剂时,添加3wt％籽晶的样品其室温强度和1200℃高温强度分别提高了20％和16％,断裂韧性提高了8％.

关键词: β-Si3N4籽晶 , 力学性能 , 晶粒形貌 , 液相粘度

反应烧结法制备高强度多孔氮化硅陶瓷

姚冬旭 , 曾宇平

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2011.00422

以硅粉(Si)为起始原料, 氧化钇(Y₂O₃)为烧结助剂, 利用干压成型工艺制备出不同气孔率的多孔硅坯体, 通过反应烧结得到高强度多孔氮化硅(Si₃N₄)陶瓷. 研究了Y₂O₃添加量在不同升温制度下对于氮化率的影响, 以及1500~1750℃后烧结对多孔材料强度的影响. 结果表明: 添加9%Y₂O₃的样品具有较高的氮化率, 主要是Y₂O₃与Si粉表面的SiO₂在较低的温度下反应生成了Y₅Si₃O₁₂N. 在不同的反应条件下可得到气孔率为30%~50%, 强度为160~50MPa的样品. 在1750、 0.5MPaN₂气压下对样品进行后处理, α-Si₃N₄完全转变成柱状β-Si₃N₄, 晶型转变有利于强度提高,气孔率为46%的多孔Si₃N₄其强度可达140MPa.

关键词: 反应烧结 , porous silicon nitride , flexural strength , porosity

反应烧结法制备高强度多孔氮化硅陶瓷

姚冬旭 , 曾宇平

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2011.00422

以硅粉(Si)为起始原料,氧化钇(Y2O3)为烧结助剂,利用干压成型工艺制备出不同气孔率的多孔硅坯体,通过反应烧结得到高强度多孔氮化硅(Si3N4)陶瓷.研究了Y2O3添加量在不同升温制度下对于氮化率的影响,以及1500～1750℃后烧结对多孔材料强度的影响.结果表明:添加9%Y2O3的样品具有较高的氮化率,主要是Y2O3与Si粉表面的SiO2在较低的温度下反应生成了Y5Si3O12N.在不同的反应条件下可得到气孔率为30%～50%,强度为160～50MPa的样品.在1750、0.5MPa N2气压下对样品进行后处理,α-Si3N4完全转变成柱状β-Si3N4,晶型转变有利于强度提高,气孔率为46%的多孔Si3N4其强度可达140MPa.

关键词: 反应烧结 , 多孔氮化硅 , 强度 , 气孔率

反应烧结制备Si3N4/SiC复相陶瓷及其力学性能研究

胡海龙 , 姚冬旭 , 夏咏锋 , 左开慧 , 曾宇平

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2014.13469

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。

关键词: 反应烧结 , Si3N4/SiC复相陶瓷 , 烧结助剂 , SiC含量

烧结助剂种类对Si3N4/SiC陶瓷力学与摩擦性能的影响

胡海龙 , 曾宇平 , 左开慧 , 夏咏锋 , 姚冬旭

无机材料学报 doi:10.15541/jim20140181

分别以Y2O3-Al2O3(YA)和Y2O3-MgO(YM)为烧结助剂，采用气压烧结工艺制备了Si3N4/SiC陶瓷，研究了两种不同的烧结助剂对陶瓷的力学和摩擦性能的影响。研究结果表明：添加不同种类的烧结助剂对制备陶瓷的相对密度、抗弯强度、断裂韧性、硬度、摩擦系数和磨损率影响很大；与添加烧结助剂YM相比较，添加烧结助剂YA的Si3N4/SiC陶瓷在烧结过程中表现出了更好的烧结性能，得到的陶瓷样品最终显示了更好的力学和摩擦性能，尤其是SiC添加量为20wt%的Si3N4/SiC陶瓷。这主要归因于烧结助剂YA的添加使Si3N4/SiC陶瓷呈现出了更高的相对密度，获得的晶粒长径比更小。

关键词: Si3N4/SiC陶瓷 , 烧结助剂 , 抗弯强度 , 摩擦性能

注浆成型结合真空发泡法制备梯度多孔氮化硅陶瓷

邓健 , 姚冬旭 , 夏咏锋 , 左开慧 , 尹金伟 , 曾宇平

无机材料学报 doi:10.15541/jim20160077

通过注浆成型结合真空发泡制备出具有明显梯度结构的多孔氮化硅陶瓷.该工艺在浆料中加入发泡剂,然后注入底部为石膏的模具中,抽真空保压并恒温保存,浆料在低压下会形成孔径梯度结构.研究发现,气压对样品的梯度结构有较明显影响,随着气压由80 kPa降低到9kPa,样品气孔率由59.01％提高到80.85％,当气压为80 kPa时,样品无宏观梯度结构,随着气压的降低,梯度结构趋于明显.压汞法测试表明,9 kPa气压制备的样品孔径分布比较分散,具有0.5、20、30、40、60、100和200 μm等多种气孔孔径值.该工艺具有简易、廉价,孔径分布和气孔率可调的优点,可实现大尺寸、复杂形貌材料的制备,为梯度多孔材料的制备方法提供了新思路.

关键词: 梯度 , 发泡 , 多孔 , 氮化硅

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