SIALON陶瓷的制备及力学性能研究

摘要

本文系统介绍了Sialon 陶瓷的性质和结构，阐述了 Sialon 陶瓷在国内外的研究现状和应用现状，提出 Sialon 陶瓷研究及应用中存在的问题及展望。本课题从研究不同添加剂对 Sialon 陶瓷力学性能及微观结构的影响出发，对其进行了较为系统的研究。 Sialon为Si<,3>N<,4>-SiO<,2>-A1<,2>O<,3>-AlN系固溶体，因此欲合成某一具体的相可根据相图按严格的配比并选择适当的条件来完成。本文以氮化硅、氧化铝、和氮化铝为原料，采用无压烧结工艺，在1750℃制备Sialon陶瓷，由于组分的差异，其相应的力学性能及微观组织均有不同程度的差异，本文对所制得的 Sialon陶瓷的微观形貌及力学性能进行研究，确立了最佳组分即56％Si<,3>N<,4>-34％A1<,2>O<,3>-10％AlN，力学性能相对最好，抗弯强度和断裂韧性分别为362.5Mpa和3.31MPa·m<'1/12>以制备的性能和显微结构较好的SiaIon陶瓷为基体材料，分别选用 Y<,2>O<,3>、La<,2>O<,3>、Ce<,2>O<,3>、Nd<,2>O<,3>和Sm<,2>O<,3>作为添加剂，利用XRD、SEM 等分析手段及三点弯曲、硬度和断裂韧性等力学测试方法，研究了不同添加剂类型及含量对Sialon陶瓷显微组织及力学性能的影响。结果表明：添加Y<,2>O<,3>试样的力学性能明显优于未添加Y<,2>O<,3>的试样，且在Y<,2>O<,3>的加入量为6％力学性能最佳，抗弯强度和断裂韧性分别为 390.28Mpa 和4.4 MPa·m<'1/2>，长柱状晶粒明显增多，长径比也增大，增强增韧效果明显；用轻稀土氧化物部分取代Y<,2>O<,3>的试样中，以Nd<,2>O<,3>部分取代Y<,2>O<,3>试样的抗弯强度和断裂韧性最好，分别为 483.2Mpa 和 4.9MPa·m<'1/2>；由于加入了复合稀土添加剂，使得烧结体中形成了较多的长柱状β-Sialon晶粒，晶粒发育比较完全，相互交错，提高了材料的韧性，形成的液相填充到晶粒之间的空隙中，提高了材料的密度；另外，轻重复合稀土在 Sialon 的形成能力上是有差别的，随着稀土原子序数的增加，稀土离子半径减小，Sialon的固溶范围变大，稀土离子在Sialon的固溶量增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2氮化硅的结构及性质

1.3 Si-Al-O-N系材料概述

1.3.1 Sialon材料的基本特征

1.3.2 Sialon材料的分类

1.3.3 Sialon材料的性质

1.4 Sialon材料的研究进展

1.4.1 Sialon材料的合成方法

1.4.2 Sialon材料的烧结方法

1.5 Sialon材料的应用

第2章试验材料及方法

2.1试验用原材料

2.1.1试验原料

2.1.2添加剂

2.2试验设备

2.3试验方法

2.4性能测试方法

2.4.1相对密度的测试

2.4.2抗弯强度测定

2.4.3断裂韧性测定

2.4.4硬度测定

2.4.5 XRD分析

2.4.6扫描电镜显微分析(SEM)

第3章Sialon陶瓷制备工艺的设计

3.1球磨工艺的设计

3.2成型工艺的设计

3.3烧结工艺的设计

3.4烧结气氛的选择

第4章β-Sialon陶瓷的力学性能

4.1 Si3N4-Al2O3-AlN陶瓷的力学性能

4.2 Si3N4-Al2O3-AlN-Y2O3陶瓷的力学性能

4.3 Si3N4-Al2O3-AlN-Y2O3-Re2O3陶瓷的力学性能

4.4本章小结

第5章β-Sialon结构及微观组织分析

5.1引言

5.2 β-Sialon的物相分析

5.3 β-Sialon的微观结构组织分析

5.3.1未添加烧结助剂试样的SEM分析

5.3.2添加Y2O3试样的SEM分析

5.3.3添加复合稀土氧化物试样的SEM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