高性能氮化硅的制備及其性能研究.pdf

1、作為結(jié)構(gòu)陶瓷,氮化硅陶瓷材料具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕、耐高溫性能以及良好的抗熱震性能,廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械、電子電力、化工等領(lǐng)域。采用適當(dāng)?shù)臒Y(jié)助劑可有效提高氮化硅陶瓷材料的熱導(dǎo)率,增加材料斷裂韌性,促進(jìn)材料性能完善。
　　本文選擇α-Si3N4為燒結(jié)原料,以CeO2為燒結(jié)助劑,在燒結(jié)溫度為1800℃,燒結(jié)時(shí)間為1h,單軸壓力為30MPa條件下熱壓燒結(jié)制備出不同燒結(jié)助劑含量的高致密氮化硅陶瓷材料。本文通過(guò)對(duì)所制備氮化硅陶瓷材料的

2、物相分析、微觀形貌分析的表征,研究燒結(jié)助劑含量變化對(duì)氮化硅陶瓷材料晶界相構(gòu)成、相變率及晶粒尺寸的作用機(jī)理,通過(guò)對(duì)材料性能的系統(tǒng)測(cè)試考察燒結(jié)助劑含量對(duì)材料力學(xué)性能及熱導(dǎo)率的影響規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明,以CeO2為燒結(jié)助劑,氮化硅的相變轉(zhuǎn)換率為100％;當(dāng)CeO2含量不超過(guò)8mol%時(shí),氮化硅晶界相的構(gòu)成主要為Ce4.67(SiO4)3O、Si2ON2以及Ce2Si2O7,其結(jié)晶析出狀況隨燒結(jié)助劑含量增加呈規(guī)律性變化;晶粒尺寸隨燒結(jié)

3、助劑含量增加變化微弱,長(zhǎng)柱狀晶數(shù)目增多。燒結(jié)助劑CeO2通過(guò)對(duì)晶界相及微觀結(jié)構(gòu)的影響作用于氮化硅陶瓷材料相對(duì)密度、強(qiáng)度、硬度及斷裂韌性,CeO2含量變化對(duì)氮化硅陶瓷材料力學(xué)性能影響顯著。當(dāng)CeO2含量不超過(guò)7mol%時(shí),氮化硅陶瓷材料的熱擴(kuò)散系數(shù)及熱導(dǎo)率隨CeO2含量增加而升高,CeO2含量由1mol%增加至7mol%時(shí),氮化硅陶瓷材料熱擴(kuò)散系數(shù)增加50%,熱導(dǎo)率增加38.7%。且氮化硅熱傳導(dǎo)導(dǎo)機(jī)制為聲子導(dǎo)熱,其熱導(dǎo)率的大小依賴于氮化硅