Si3N4-Al2O3-SiO2系材料烧结性能及反应过程研究

摘要

以氮化硅、活性氧化铝微粉和氧化硅微粉为原料,研究了在焦炭保护条件下,Si3N4-Al2O3-SiO2系材料经1500℃、1600℃和1650℃烧成时的烧结性能和物相变化,同时借助SEM、EDX和XRD等手段对其显微结构和反应过程进行了观察和分析.结果表明,随着烧成温度的升高,Si3N4-Al2O3-SiO2系材料的体积密度下降,显气孔率增加,同时烧成后试样的质量损失大大增加,尤其是经1650℃烧成的试样,显气孔率在40%以上,质量损失大于20%.XRD物相分析显示,1500℃时,产物中生成Si2N2O,高于1650℃时,生成SiC相,与热力学计算结果一致.同时,高温下大量的N2(g)及SiO(g)逸出试样表面,可能是导致试样质量损失、结构松散、显气孔率增加的主要原因.切开经高温烧成的试样发现,其截面由中心致密区、过渡区和边缘的松散区3部分组成,含氮物相的形状由中心部位发育良好的柱状,演变成过渡区的针状或须状,直至松散区时消失.这种松散区所占面积和松散程度取决于试样的组成和烧成温度.