无压浸渗制备Si_3N_4_Al复合材料的反应浸渗机理.pdfVIP

第 36 卷 增刊 1 稀有金属材料与工程 Vol.36, Suppl.1 2007 年 8 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING August 2007 无压浸渗制备 Si N /Al 复合材料的反应浸渗机理 3 4 王扬卫，于晓东，王富耻，马 壮，康晓鹏 (北京理工大学材料科学与工程学院，北京 100081) 摘 要：采用“中断浸渗”方法获得保留了“浸渗前沿”的样品，应用扫描电子显微镜和 X 射线能谱分析了浸渗界面 上的形貌和成分变化，深入讨论了浸渗界面推进过程中的物理、化学反应过程。采用扫描电镜等微观分析手段观察了 复合材料显微形貌，探讨了界面反应机理。研究结果表明：浸渗界面推进过程中熔体中的 Mg 富集在浸渗前沿的预制体 上，并与预制体发生反应；Al/Si N 界面反应产物 AlN 相形成“楔形”向 Si N 单元心部推进，细观上呈现含毛细通道 3 4 3 4 的胞状辐射形貌，大量毛细通道确保了 Al 和 Si N 之间的置换反应持续进行；Al 与 Si N 的置换反应产物 Si 绝大部分 3 4 3 4 溶解在铝镁合金熔体中。 关键词：无压浸渗；复合材料；Si3N4 ；界面反应；浸渗机理 中图法分类号：TB 333 文献标识码： A 文章编号：1002-185X(2007)S1-0777-04 1 引 言 3 试验结果 采用 Al-Mg 合金熔体无压浸渗 Si N 多孔预制体 3.1 浸渗界面特征及反应浸渗过程 3 4 制备得到一种新型、高性能 Si N /Al 陶瓷金属复合材 图 1 是获得的“浸渗前沿”形貌和成分线扫描结 3 4 料[1] 。在浸渗过程中 Si N /Al 界面发生一定程度的置 果。由于已浸渗区和未浸渗区导电性不同，在二次电 3 4 换反应，并生成坚硬的陶瓷相 AlN ；该置换反应促进 子像上可以清楚的分辨出浸渗界面，其中黑色区域为 了 Al 熔体和 Si3N4 预制体的润湿，并使复合材料中的 已浸渗区，灰白色区域为未浸渗区。从对应的能谱分 陶瓷相体积增大[2,3] 。研究Al/Si N 的界面反应和润湿 析结果可以看出：从已浸渗区复合材料到未浸渗的预 3 4 浸渗机理对改进浸渗复合工艺和优化复合材料性能具 制体，N 元素含量没有显著变化；而 Si 在已浸渗区的 有重要意义。 含量显著低于未浸渗区，说明 Si 元素在浸渗后发生了 明显的迁移。Al ，Mg 已经提前扩散到浸渗前沿预制 2 试验方法 体中，其超前扩散距离约为 2 mm ；其中 Mg 元素在浸 试验选用平均粒径为 1.5 µm α-Si N 陶瓷粉