Si3N4陶瓷的PAS低温烧结及其性能开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

Si3N4陶瓷是一种重要的结构材料,可以用于许多技术领域,例如飞机发动机中的涡轮叶片,车床中使用的切削工具,发动机的外壳以及许多其他应用。它有着很优秀的机械性能,突出的抗热震性,良好的化学腐蚀耐受性。然而,由于Si3N4的共价键结构和在高温下较低的扩散系数,所以在没有烧结助剂的情况下很难实现Si3N4陶瓷的完全致密化,

液相烧结是实现Si3N4陶瓷致密化的主要方法,它是通过引入烧结添加剂,在Si3N4颗粒表面与二氧化硅形成共晶液体。在过去的几十年里,人们对烧结添加剂的作用进行了大量的研究。

通常,稀土氧化物是常用的烧结添加剂,它们能有效地促进液相的形成和β相的转变或形貌评价。通常随着稀土氧化物助剂离子半径的减小,陶瓷的硬度、断裂韧性,和抗弯强度都会增强,因为较小的离子可以更有效地降低成核的活化能,提高β- Si3N4的生长数,但在大多数情况下,烧结温度大约至少需要1750℃,并且抗弯强度不超过900 Mpa。

除稀土氧化物外,MgO是降低烧结温度的良好选择。Liang等人以MgO、YF3、Y2O3作为烧结助剂,在1750℃的热压下制备了弯曲强度接近900mpa、维氏硬度约16GPa的氮化硅陶瓷。宫崎等人研究了添加了MgO后对Si3N4陶瓷的热性能的影响,结果表明,与纯Yb2O3相比,添加了MgO助剂可以降低烧结过程中液相的粘度,并且可以促进β-Si3N4的形成。但已知,氧化物添加剂通常以玻璃相或晶间相的形式存在于Si3N4陶瓷内部,会降低陶瓷的导热系数或力学性能等相关性能。

因此,一些研究者使用非氧化物代替金属氧化物作为烧结添加剂,如LiF, MgSiN2。Peng等人以MgSiN2为烧结助剂通过放电等离子烧结在热压为1500℃的条件下制备了表现出22Gpa维氏硬度和7.7MPm断裂韧性的Si3N4陶瓷,在他们的研究中,这个阶段的内容是通过控制烧结条件来调节,如保压时间或烧结温度。

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