反应烧结注浆氮化硅陶瓷材料的制备与性能研究

摘要

本论文主要研究陶瓷坩埚，它是太阳能多晶硅铸锭过程中用来装载多晶硅原料的。目前生产上使用的石英陶瓷坩埚都有Si3N4涂层，本论文试图直接制备出氮化硅陶瓷坩埚替代现有的石英陶瓷坩埚。实验采用注浆成形方法结合反应烧结方法，达到低成本制备复杂形状的氮化硅陶瓷材料的要求。主要研究内容和结果如下：
　　采用Si粉为原料，添加分散剂、粘结剂、烧结助剂制备出高固相含量的硅基料浆。研究不同粒径、不同分散剂、不同 pH值下，硅基料浆的流变性能,找出最佳工艺参数。实验中添加Si3N4和Y2O3，研究其含量对烧结体致密度、气孔率的影响，并测试分析烧结体的抗弯强度、热震稳定性及断裂韧性。
　　通过对流变性能的研究发现：在碱性环境下，二号Si基（含Si3N4）料浆的流变性能最好，固相含量为60％、粘度最小为63.6cP，料浆分散均匀，满足注浆的要求。成型干燥前后坯体的体积收缩非常小，变化量不到总体积的5%。通过对添加剂含量的研究发现：添加5%Si3N4，2%Y2O3时，反应烧结氮化硅密度最高，最高可达2.30g/cm3。反应烧结氮化硅S和P号，致密度较好，S号孔隙率比P号稍大，因此 S号的抗弯强度不如 P号的。研究发现孔隙率低虽对强度有利，但是对于热震稳定性来说，适当的孔隙率是有利的，S号的热震稳定性优于 P号。通过对断裂韧性的统计分析,发现反应烧结氮化硅陶瓷的断裂韧性的离散性也符合weibull分布；P号反应烧结氮化硅陶瓷材料的平均断裂韧性为5.23 MPa·m1/2，weibull模数达6.88。

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1 绪论

1.1 概述

1.2 反应烧结氮化硅的研究现状

1.3 注浆成型工艺的研究现状

1.4 陶瓷粉料的分散与浆料的稳定性

1.5 本论文的选题背景及创新点

2 实验材料及方法

2.1 材料的选择

2.2 实验工艺流程

2.3 性能测试

2.4 实验设备

3 高固相含量硅基料浆流变性研究

3.3 一号硅基料浆流变性研究

3.4 二号硅基料浆的流变性研究

4 结果分析与讨论

4.1 密度分析

4.2 孔隙度分析

4.3 强度分析

4.4 热震稳定性分析

4.5 断裂韧性统计分析

4.6 本节结论

5 结论

展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢