Si3N4-MoSi2和Si3N4-SiC复相陶瓷氧化行为及机理研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ibm__1235
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本文采用热压烧结工艺方法制备了不同Si3N4含量的Si3N4-MoSi2和Si3N4-SiC复相陶瓷材料,选用Y2O3和La2O3作为烧结助剂。测试了复相陶瓷的致密度、抗弯强度、硬度、电导率和热膨胀系数,分析了复相陶瓷的显微组织。通过恒温氧化以及不连续称重法研究了复相陶瓷的高温氧化行为。综合运用XRD、SEM、EDS和XPS等手段分析了氧化产物、氧化试样表面形貌和氧化层成分与微观结构,研究了复相陶瓷在不同温度下的氧化动力学规律,并探讨了其微观氧化机理。性能测试结果表明,Si3N4-MoSi2复相陶瓷致密度、抗弯强度和硬度随MoSi2含量的增加而减小,抗弯强度最大可达942MPa。热膨胀系数随MoSi2含量的增加而增加。其电导率导通门槛值在3045wt.%MoSi2之间。Si3N4-SiC复相陶瓷致密度、抗弯强度和硬度随SiC含量的增加而减小,抗弯强度最大为682MPa,热膨胀系数随SiC含量的增加而增加。对于Si3N4-MoSi2复相陶瓷,在1100℃保温时质量变化很小,其氧化动力学曲线没有明显的规律性;在1300℃,氧化动力学近似为抛物线规律,并且随着MoSi2含量的增加,氧化增重增加。增重的主要原因为SiO2和Mo5Si3氧化产物的生成;在1500℃,在氧化的最初阶段,正的对数规律为主导规律,但随着氧化时间的延长,负的抛物线规律作用逐渐增强,氧化15h后,对其氧化动力学起支配作用的是负的对数规律。Mo向外扩散并以产物MoO3挥发是造成复相陶瓷在1500℃氧化时其动力学由增重转变为失重的主要原因。对于Si3N4-30wt.%SiC和Si3N4-45wt.%SiC两种复相陶瓷,在1100℃保温时质量变化很小,其氧化动力学曲线没有明显的规律性;在1300℃和1500℃,其氧化曲线基本重合,并且近似为抛物线规律。增重的主要原因是SiO2氧化产物的生成。Si3N4-60wt.%SiC复相陶瓷在各温度下的增重量都比前两种大很多,这主要是因为孔隙率对Si3N4-SiC复相陶瓷的氧化影响显著。通过对复相陶瓷氧化过程的综合分析,发现两类复相陶瓷的氧化主要受O通过氧化层向内扩散,以及O在氧化层与基体界面处与基体发生的氧化反应所控制。此外,两类复相陶瓷氧化的一个重要特征为:Y、La稀土元素扩散至氧化层次表层和试样表面,通过形核、长大形成针状、块状、棒状
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