论文部分内容阅读
本文以Si3N4、CaHPO4和AlPO4为原料,采用凝胶注模工艺制备了氮化硅基陶瓷,对高固相含量低粘度复合浆料的制备、坯体的干燥和脱脂等方面进行了研究。在此基础上,采用XRD、SEM和TEM等技术和三点弯曲、单边切口等方法,研究了材料组分、烧结温度和成型方法等对氮化硅陶瓷的显微组织结构、力学性能、热学性能、抗热震性和介电性能的影响规律。通过对CaHPO4/Si3N4和AlPO4/Si3N4复合浆料流变学性能的测量,研究了pH值、分散剂含量和球磨时间对氮化硅基复合浆料的影响规律,得到其最佳制备工艺参数为:在pH=7.5,分散剂含量为0.3wt%,球磨时间为18h、24h时,分别制备出固相含量约为40vol.%的CaHPO4/Si3N4和AlPO4/Si3N4复合浆料。湿坯在20h内有快速失重和收缩的现象,故采用两步干燥制度以避免出现起皮、干裂等缺陷。TG-DTA分析表明,生坯中的有机物在200500℃温度范围氧化,至500℃后坯体失重趋于平缓,故生坯脱脂温度定为500℃。采用凝胶注模成型方法,通过调整材料组分、改进烧结制度等手段制备出以磷酸氢钙为烧结助剂的Si3N4基陶瓷。随着磷酸氢钙引入量以及烧结温度的提高,均能提高材料的致密度和力学性能,当磷酸氢钙引入量为15wt%,烧结温度为1650℃时,试样的致密度、抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别为72.1%、365.1MPa、3.82 MPa·m1/2、107.9GPa;断口形貌表明,β-Si3N4含量以及发育程度的变化规律与磷酸氢钙引入量和烧结温度的变化相一致。说明磷酸氢钙有利于Si3N4的α-β相变和陶瓷致密化。试样的热膨胀系数、介电常数和介电损耗随磷酸氢钙引入量的增加而增大;提高烧结温度,增大了材料的介电常数和介电损耗,但对其热膨胀系数影响不大。采用凝胶注模成型方法制备出以磷酸铝为烧结助剂的Si3N4基陶瓷,随着烧结温度升高,材料致密度提高到60.4%,β-Si3N4含量小幅度增加到24.3%,材料抗弯强度提高至149.8MPa,热膨胀系数下降至2.40×10-6K-1,介电常数和介电损耗分别增至4.66,1.3×10-2（2130GHz）,有较好的综合性能。在相同的烧结工艺下,与凝胶注模成型试样相比,冷等静压制备Si3N4基陶瓷因致密度较高（67.5%）,β-Si3N4含量较大（85.3%）,致使材料抗弯强度较大（229.2MPa）,材料热学性能有所下降（αk =2.69×10-6K-1）,介电性能也有所下降（ε=6.47, tgδ=2.1×10-2）。