Y-α-sialon透明陶瓷的低温制备工艺研究

摘要

本文以Si3N4、AlN、Al2O3和Y2O3为原料，根据Y-Si-Al-O-N相图和α-sialon分子式Rem/3Si12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n进行组成设计，取m=1.2，n=1.1为组分点。原料粉末用行星式球磨机球磨24 h后，经烘干、造粒，采用热压烧结方法在氮气环境中进行烧结，压力为25 MPa。采用X射线衍射(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)和紫外/可见分光光度计研究球磨机转速、烧结温度、升温速率以及保温时间对sialon陶瓷物相组成、微观结构和光学性能的影响规律，并对sialon陶瓷进行了硬度表征。
　　 研究结果表明：当球磨机转速由210 r/min提高到250 r/min时，原料粉末的平均粒度由0.603μm降到0.207μm；在相同的烧结工艺条件下所制备的陶瓷物相组成均为α-sialon；当球磨机转速为250 r/min时陶瓷的晶粒尺寸比球磨机转速为210r/min时陶瓷的晶粒尺寸小，且样品表面呈现暗绿色，该现象与烧结温度过高的sialon陶瓷状态一致。
　　 对250 r/min混出的粉料，烧结工艺研究表明：在升温速率为30℃/min，保温时间为30 min条件下，当烧结温度由1650℃升高到1900℃时，陶瓷的相组成均为α-sialon，而体积密度和晶粒尺寸增大；烧结温度为1650℃时α-sialon陶瓷透过率最低，烧结温度为1700℃时α-sialon陶瓷的透过率最大，为34.43％，随着烧结温度进一步升高直到1900℃，陶瓷的透过率降低；当烧结温度为1700℃，保温时间为30 min时，升温速率由30℃/min提高到38.5℃/min，陶瓷均生成了α-sialon相，体积密度降低，晶粒尺寸减小，透过率降低；当烧结温度为1700℃，升温速率为30℃/min时，保温时间由30 min降到15 min时，陶瓷均为α-sialon相，但晶粒尺寸减小、透过率降低。
　　 对250 r/min混出的粉料，当烧结温度为1700℃，升温速率为30℃/min，保温时间为30 min时所制备的Y-α-sialon陶瓷透过率最高，在1100 nm处的透过率为34.43％，硬度为19.10 GPa，该陶瓷的透过率比当球磨机转速为210 r/min时制备的陶瓷略高，但烧结温度却降低了200℃。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 Si3N4的晶体结构

1.3 Sialon陶瓷材料概述

1.3.1 Sialon陶瓷的基本特征

1.3.2 Sialon陶瓷的分类及性能

1.3.3 Sialon陶瓷的合成方法

1.3.4 Sialon陶瓷的烧结方法

1.3.5 Sialon陶瓷的应用

1.4 本文研究内容

第二章 实验部分

2.1 材料的制备

2.1.1 实验设备

2.1.2 原材料

2.1.3 组分点选择

2.1.3 粉料制备

2.1.4 烧结工艺

2.2 性能测试

2.2.1 粒度

2.2.2 体积密度

2.2.3 维氏硬度

2.2.4 光学性能

2.3 物相组成及微观结构分析

2.3.1 物相组成

2.3.2 微观结构

第三章 实验结果与分析

3.1 转速对Y-α-sialon陶瓷物相组成、微观结构及光学性能的影响

3.1.1 粒度

3.1.2 物相组成

3.1.3 体积密度

3.1.4 微观结构

3.1.5 透光性能

3.2烧结工艺对Y-α-sialon陶瓷物相组成、微观结构及光学性能的影响

3.2.1 烧结温度

3.2.2 升温速率

3.2.3 保温时间

3.3 Y-α-sialon陶瓷的硬度表征

3.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢