新型自韧化Si3N4基陶瓷材料的研究

摘要

以BAS玻璃陶瓷为添加剂合成了新型的α-和(α+β)-SiAlON陶瓷材料,研究了烧结工艺、后续热处理、稀土类型对物相、显微组织演变及力学性能的影响规律.BAS液相能够显著改变SiAlON晶粒的生长行为,促进α棒晶的生长,实现了α-SiAlON/BAS陶瓷材料的自韧化.(α+β)-SiAlON陶瓷的显微组织特征为高长径比β棒晶均匀地分布在由α棒晶及BAS构成的基体上,与显微组织为β棒晶和α等轴晶的传统双相SiAlON陶瓷相比,力学性能对β含量的依赖性降低,弯曲强度和断裂韧性大幅提高.BAS有利于界面脱开及裂纹偏转,溶入的少量的稀土离子可促进钡长石结晶及六方→单斜相转变.采用放电等离子快速烧结法合成了Si3N4增强BAS陶瓷材料,材料的显微组织演变及其对力学性能的影响研究结果表明:SPS不但能够实现快速致密化,还能够实现α-→β- Si3N4的完全相转变；后续热处理可进一步优化材料的显微结构并缓解残余应力,材料的弯曲强度和断裂韧性可达968MPa和8.9MPa·m1/2.