无压烧结氮化硅陶瓷的致密化过程

摘要

在陶瓷粉末中添加Al2O3-Y2O3作为助烧剂,经过干压和冷等静压成形,然后无压烧结制备Si3N4陶瓷,通过TOM-AC实时观测烧结过程中Si3N4陶瓷样品的收缩和致密度变化;分析不同温度烧结的陶瓷结构与形貌,并研究Si3N4陶瓷的致密化过程.结果表明:1400℃时α-Si3N4开始转变为β-Si3N4,在1400～1600℃范围内致密度快速增大,且压坯密度越高,致密化速率越快.烧结温度高于1600℃时,α-Si3N4全部转变为β-Si3N4柱状晶,晶粒明显长大,致密化速率降低.压坯密度对最终的烧结致密度影响不大.由此确定最佳烧结工艺为1650℃与1800℃分别保温2 h,所得Si3N4陶瓷的致密度为98.4%,硬度(HV10)为15.7±0.5 GPa,抗弯强度和断裂韧性分别为1037.3±48.9 MPa和5.8±0.2 MPa·m1/2.