【摘 要】
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Si3N4陶瓷由于具有耐高温、高硬度、高强度、耐磨、抗腐蚀等诸多优点,在结构材料的应用中取得了令人瞩目的成就,但其固有的脆性和高硬度导致的难以在烧成后进行机械加工的问
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Si3N4陶瓷由于具有耐高温、高硬度、高强度、耐磨、抗腐蚀等诸多优点,在结构材料的应用中取得了令人瞩目的成就,但其固有的脆性和高硬度导致的难以在烧成后进行机械加工的问题限制了它的进一步使用。根据陶瓷加工的材料去除原理,通过相应的组分设计和热处理工艺,可控制材料的显微结构及晶界应力,使陶瓷内部产生弱结合面,从而获得可加工性能。Si3N4/BN复相陶瓷是目前综合性能最为突出的一类可加工陶瓷,拥有优异的高温和低温强度、抗蠕变性能、抗热震性能、出色的耐熔融金属腐蚀性能等。但目前存在的问题是:采用热压烧结可以得到强度和可加工性较好结合的Si3N4/BN复相陶瓷,但热压烧结能耗高、周期长,不具备生产的潜力;采用无压烧结制备的Si3N4/BN复相陶瓷强度过低,无法实现强度和可加工性的统一。本文采用放电等离子烧结技术(SPS)制备Si3N4/BN复相陶瓷,在极大提高烧结效率的同时,保持可加工性,提高力学性能。研究了不同粒度的BN含量从0-40 vol%的高性能Si3N4/BN复相陶瓷。系统研究Si3N4/BN复相陶瓷的相组成、显微结构和力学性能,并讨论组分性质和含量、烧结工艺参数、显微结构与其性能之间的相互关系。工艺研究确定了SPS低温快速烧结Si3N4/BN复相陶瓷的最佳致密化条件为:烧结温度1600~1650℃,保温时间5 min,烧结压力30 MPa。实验结果表明随着烧结温度的升高(1500 ~ 1700℃)和保温时间的延长(1-10min),陶瓷的致密化程度有整体上升的趋势,但温度高于1600℃,保温时间超过5min时上升趋势减缓,甚至有下降的趋势。XRD结果显示温度的升高和保温时间的延长有利于Si3N4中α→β相的转变,BN含量越高,Si3N4中α相完全转变为β相的温度也越高。扫描电镜分析(SEM)结果显示,BN的存在阻碍Si3N4/BN复相陶瓷的烧结,Si3N4/BN显微组织中的β?Si3N4相明显较单相Si3N4中的β?Si3N4相细小,而且BN含量越高细化作用越明显。使用原位合成工艺得到的Si3N4/BN纳米复相陶瓷的显微组织结构较机械混合得到的含微米和亚微米BN的组织结构更加细小,说明降低引入BN尺寸的原位合成工艺有利于组织结构细化。低强度的h-BN的引入对材料的强度产生明显的劣化作用。随着BN含量的增加,BN逐渐聚集生长导致Si3N4/BN复相陶瓷强度总体均呈下降趋势,但仍然维
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