β-Sialon陶瓷的制备及热处理对其性能影响的研究

摘要

本文以α-Si3N4、Al2O3和AIN、Y2O3和Nd2O3粉体为原料，采用无压烧结工艺，经1750℃烧结，保温1h，通过对。Y2O3和Nd2O3两种粉体的质量百分含量的优化，制得组织和性能优良的β-Sialon陶瓷试样；对制得的β-Sialon陶瓷标准样条(3×4×36mm)进行热处理，并结合XRD和三点弯曲等手段加以分析和表征气氛、温度和时间对β-Sialon陶瓷力学性能的影响以及影响的机理。实验的内容及结论如下： ⑴在无压烧结的条件，制备β-Sialon陶瓷试样中发现：由于Nd2O3和Y2O3两种稀土氧化物的加入降低了陶瓷的烧结温度，使得在1750℃烧结，保温1h的条件下制得致密度较高、组织发育较完全和力学性能优良的β-Sialon陶瓷，其中原料质量百分配比为：36.848％α-Si3N4，22.372％Al2O3，6.58％AIN，2.1％Y2O3和2.1％Nd2O3的β-Sialon陶瓷致密度最高、组织发育最完全和力学性能最好，其相对密度、抗弯强度和断裂韧性值分别为92.86％、329.4MPa和6.058MPa·m1/2。 ⑵在真空条件下，分别经900℃、1150℃、1300℃和1400℃热处理，保温2h的热处理后结果表明：经900℃、1150℃，保温2h热处理后β-Sialon陶瓷的抗弯强度比未经热处理的有了较大幅度的提高，经1300℃、1400℃，各保温2h热处理后抗弯强度有所下降，但断裂韧性变化都不大，其中经1150℃，保温2h的热处理的陶瓷的抗弯强度和断裂韧性提高的最大，值分别为485.4MPa和6.42MPa·m1/2，而未经过热处理的分别只有329.4MPa和6.058MPa·m1/2。 ⑶在空气的条件下，分别经900℃、1150℃、1300℃和1400℃，各保温2h热处理后结果表明：经900℃、1150℃，保温2h热处理后β-Sialon陶瓷的抗弯强度比未经热处理的有了大较幅度的提高，而经1300℃、1400℃，各保温2h热处理后抗弯强度有所下降，但断裂韧性变化不大，其中经1150℃，保温2h的热处理的陶瓷的抗弯强度和断裂韧性提高的最大，值分别为545.9MPa和6.51MPa·m1/2。 ⑷在空气的环境下，经900℃、1150℃、1300℃和1400℃分别保温2h、4h、5h和7h热处理后结果表明：在900℃经不同时间热处理后，β-Sialon陶瓷的抗弯强度一直呈上升趋势；在1150℃和1300℃热处理时，以4h为折点抗弯强度呈先上升后下降趋势；在1400℃热处理时，抗弯强度一直呈下降趋势。在时间分别为2h、4h、5h热处理条件下，以1150℃为折点，抗弯强度呈先上升后下降趋势；在7h热处理条件下，抗弯强度一直呈下降趋势。 ⑸在空气中，热处理后β-Sialon陶瓷的抗弯强度最高值达到610.3MPa比未经热处理的有了很大的提高。原因是由于β-Sialon陶瓷中的Si3N4与空气中的氧气反应生成SiO2，使得表面的微裂纹达到了较为理想的愈合效果，SiO2的生成量过多或过少都不能达到理想的微裂纹愈合效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的研究目的及意义

1.2 Sialon陶瓷研究现状

1.2.1 Sialon陶瓷的制备工艺

1.2.2不同因素对Sialon陶瓷的影响

1.2.3烧结助剂对Sialon陶瓷结构和性能的影响

1.2.4磨削裂纹的形成过程

1.2.5减少磨削对陶瓷表面损伤的措施

1.2.6裂纹愈合机理的研究

1.2.7裂纹愈合的影响因素

1.2.8裂纹愈合对材料相关性能的影响

1.3急待解决的问题

1.4本论文的研究内容

第2章Sialon陶瓷制备工艺的设计

2.1球磨工艺的设计

2.2成型工艺的设计

2.3烧结工艺的设计

2.4烧结气氛的选择

第3章试验材料设备及方法

3.1验用原材料

3.2试验设备

3.3试验方法

3.3.1 Sialon陶瓷制备的具体流程图

3.3.2试样的热处理试验

3.4试验结果表征

3.4.1相对密度

3.4.2抗弯强度

3.4.3断裂韧性

3.4.4 XRD分析

3.4.5扫描电镜显微分析(SEM)

第4章β-Sialon陶瓷的配方优化

4.1 Si3N4-Al2O3-AlN-Y2O3-Nd2O3陶瓷的力学性能

4.1.1相对密度

4.1.2抗弯强度

4.1.3断裂韧性

4.2 Si3N4-Al2O3-AlN-Y2O3-Nd2O3陶瓷的结构及微观组织

4.2.1 Si3N4-Al203-AlN—Y203-Nd203陶瓷的物相分析

4.2.2组织结构分析

4.3本章小结

第5章热处理对β-Sialon陶瓷力学性能的影响

5.1不同热处理气氛的β-Sialon陶瓷力学性能

5.1.1真空中热处理后β-Sialon陶瓷的力学性能

5.1.2空气中热处理2h后β-Sialon陶瓷的力学性能

5.2热处理温度对β-Sialon陶瓷性能的影响

5.2.1 β-Sialon陶瓷的XRD分析

5.2.2 β-Sialon陶瓷的抗弯强度分析

5.3热处理时间对β-Sialon陶瓷性能的影响

5.3.1 β-Sialon陶瓷的XRD分析

5.3.2 β-Sialon陶瓷的抗弯强度分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢