特种陶瓷Si3N4章节.pptVIP

7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 3.致密氮化硅陶瓷制备方法 高共价性的化学键使氮化硅材料具有高强度和高硬度，但给材料制备却带来了不利。 氮化硅中氮和硅原子的自扩散系数很低，只有当烧结温度接近氮化硅分解温度时(1850℃)，原子迁移才有足够的速度。 用添加烧结助剂使之在高温下与氮化硅表面氧化硅反应产生液相。 用液相烧结原理，进行加压或不加压烧结。 α- Si3N4 +SO2+MxOy(添加氧化物)—β- Si3N4+M-Si-O-N液相 冷却后，此液相形成玻璃相，残留在晶界上，来制备氮化硅材料 。 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 (2)性能与显微结构。 氮化硅材料，室温强度和断裂韧性首先取决于β- Si3N4柱状晶的长径比，其次才是颗粒尺寸。 当α相转变为β相时，晶粒由等轴状转变为细长条，使强度和韧性增高，当α→β相转变完成后，就产生颗粒生长，使颗粒直径增大，导致性能下降。 高长径比颗粒能使性能改善的理由是：互相连接的长柱状颗粒能较好地抵抗裂纹的扩展，此时裂纹会发生分支、偏转、颗粒拔出。这些都使裂纹扩展所需的能量提高。 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 添加MgO的热压氮化硅 　　室温强度在600MPa 　　添加MgO氮化硅较易致密， 　　β- Si3N4颗粒是等轴状的 添加Y2O3的热压氮化硅 　　室温强度在800MPa 　　添加Y2O3组分由于液相粘度高， 　　β- Si3N4颗粒易沿c轴方向发育成为高长径比柱状颗粒，使强度和断裂韧性均提高。 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 (3)各种致密氮化硅制备工艺 　 热压烧结(HPSN)(High Pressure Sintering) 　　加温和单轴向或双轴向加压。 　　Si3N4粉为原料+添加剂有MgO、Y2O3、Al2O3 在钢模内压制成型，成型压力为50MPa， 　　热压炉内进行热压。热压温度：1700～1800℃， 　　保护气氛中进行，压力为20～30MPa。 　　保温、保压30～120min。 　　热压的制品，可根据需要进行研磨精加工。 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 加热方法：感应加热或石墨电极发热。 　固体高温润滑剂(BN)涂于模壁四周与样品接触部位。 　避免石墨模具与样品在高温下发生反应，样品在烧结后易于脱模 　工艺特点： 　样品致密，基本上达到理论密度， 　制备形状简单样品 　难于批量化生产 　　制品价格昂贵。 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 14000C高温抗折强度测试后热压Si3N4材料（SEM） 无压(常压)烧结氮化硅 　较细的Si3N4粉末+添加适量的添加剂，高温下采用液相烧结的方法来获得致密化的Si3N4制品。 Si3N4难以在无压烧结时达到理论密度的主要原因：Si3N4在高温时会分解 要实现Si3N4的无压烧结，必须具备如下的条件： (1) 对Si3N4原料的要求 　α相Si3N4原料，颗粒小于1μm 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 (2) 添加剂 添加剂有:MgO、Y2O3、ZrO2、La2O3、Al2O3等。 　　添加剂单独加入，或复合加入，复合加入的效果好 添加剂与原料颗粒表面的SiO2形成硅酸盐液相，达到烧结的目的。 (3) 烧结 　　素坯在0.1MPa(1大气压)N2气氛 　　碳管炉在1700~18000C保温数小时完成烧结 因无外加驱动力，是靠粉体表面张力作为烧结动力，须用高比表面的粉体和添加较多的烧结助剂。 7.４ 结构陶瓷-氮化物陶瓷-Si3N4 ②使用Si3N4+BN+MgO埋粉的无压烧结法。 埋粉防止Si3N4的挥发 Si3N4:BN:MgO＝70:20:3(或者为50％:40％:10％)， 80％Si3N4+10％Y2O3+10％ BN的埋粉。 高温下埋粉中的MgO在1760℃高温下挥发，渗透到坯体中与Si3N4表面上的SiO2反应生成MgSiO3低熔点液相，从而促进烧结，使坯体致密化。 ③控制保温时间。Si3N4的无压烧结有一个最佳烧结温度和保温时间，其烧结温度一般是1600～1800℃，保温时间是1～3h左右 7.４ 结构陶