材料合成工艺与设计

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1、《材料合成工艺与设计》期末课程论文课程名称：氮化硅陶瓷材料的合成工艺学院：材料与化工学院姓名：符德武专业：材料科学与工程专业学号：20090413310007指导老师：陈永完成日期：2012年6月20日氮化硅陶瓷材料的合成工艺目录一、引言（1）二、氮化硅陶瓷的相关知识（2）2.1氮化硅的结构（2）2.2氮化硅陶瓷材料的性能（3）2.3氮化硅陶瓷的应用领域（4）2.4氮化硅陶瓷的研究进展和发展趋势（5）2.4.1氮化硅陶瓷的研究进展（5）2.4.2氮化硅陶瓷的发展趋势（7）三、氮化硅陶瓷材料的工艺流程及方案设计说明（8）3.1工艺设计的目的（8）3.2合成的工艺流程（8）3.2

2、.1工艺流程图（8）3.2.2各环节工艺流程说明（9）3.2.2.1制备氮化硅粉体（9）燃烧合成氮化硅粉体的理论依据（9）设备仪器（12）原料与配比（13）粉体制备过程（14）3.2.2.2.成型（15）成型要求及任务（15）湿法成型（15）设备（17）3.2.2.3.烧结（17）烧结工艺简介（17）烧结设备（18）特种陶瓷后续加工的必要性(18)特种陶瓷后续加工的特殊性(19)陶瓷的超声波加工(19)装置(20)四、物料衡算及热量衡算(22)4.1物料衡算及热量衡算(22)2.2干燥过程的物料衡算及热量衡算(24)4.2.1物料衡算(25)4.2.2热量衡算(25)五、实验

3、室或车间的布置(25)5.1设备布置的原则(26)3.2生产车间布置图(27)六、设计课程评述及小结(29)七、主要参考文献(30)一，引言高温结构陶瓷材料具有优良的机械力学性能、耐磨、耐腐蚀、隔热、抗热冲击及低比重等特点，可以承受余属或高分于材料难以胜任的严酷工作环境，具有广泛的应用前景，成为继金属材料、高分于材料之后支撑木世纪支柱产业的关键基础材料，并成为最为话跃的研究领域之一，当今世界各国都十分重视它的研究与发展。作为高温结构陶瓷家族中重要成员之一的氮化硅陶瓷，较其它高温结构陶瓷如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等只有更为优异的机械性能、热力学性能及化学稳定性，因而被认为是高温结

4、构陶瓷中最有应用潜力的材料。二次大战结束后，科学技术发展迅速，原子能、火箭、燃气轮机等技术领域对材料提出了更高的要求。迫使入们去寻找比耐热冶金更能承受高温。比普通陶瓷更能抵御化学腐蚀的材料。氮化硅的岀色表现。激起了人们对它的热情和兴趣。本世纪60年代。英法的一些研究机构和大学率先开始对氮化硅陶瓷进行系统研究，深入认识它的结构、性能，探索烧结方法，开拓应用领域。从60年代到70年代，氮化硅陶瓷的研究开发工作相继在世界各国开展起来，到了80年代，氮化硅陶瓷制品己经开始向产业化、实用化迈进了。使氮化硅具有其它材料不可比拟的优异性能，近年来，人们对氮化硅陶瓷的研究深度与力度不断加大。

5、制备高纯、超细的氮化硅粉体新方法不断涌现外，人们更多地致力于开展先进实用的成型工艺及烧结工艺技术研究，以使氮化硅制品能够在某些高技术领域实用化并进一步工业化生产。氮化硅陶瓷的成型主要以压力、可塑、浇注等方式进行，并辅助以机械加工等。儿乎所有陶瓷传统的或近年来发展起来的成型方法，都可以用到氮化硅陶瓷成型上。随着高性能陶瓷的应用与研究日益活跃，尤其是高性能氮化硅陶瓷的逐步产业化，传统的成型方法如半干压、泣浆等己不能完全满足各行业对氮化硅陶瓷用途、制品形状、成本等多方问要求，为扩大氮化硅部件应用范围，减少机械加工量，新的成型工艺不断涌现，以制备形状复杂的、近净尺寸的、高性能的氮化硅

6、制品。二，氮化硅陶瓷的相关知识2.1Si3N4的结构氮化硅的抗氧化温度达到1400°C,并且在1200°C具有最高的强度。氮化硅有两种晶型，从晶体结构来讲，a-Si3N4和B-SijN4两者都是六方晶体结构。a-Si3N4晶胞组成为Sil2N16；其堆垛次序为ABCDABCD-；B-S13N4晶胞组成为Si6N&堆垛次序为ABAB-o两者都是［siN4］4-体共用顶角构成的三维空间网格。Jack指出，B相是由几乎完全对称的六个［STN4J4-O体组成的六方环层在c轴方向的重叠而成，而a相是由两层不同，而且有形变的非六方环层重叠而成，如图1・1和］.2o图1.2E・SiN的晶体

7、结构凶a相结构的内部应变比B相大，故自由能比B相高，因此它们存在着同素异构体的转变。在有添加剂存在的情况下，在16504°C〜1800°C左右，a-Si3N4可以转变为B-SijN4o因而人们曾认为，a相和B相分别为低温相和高温相两种晶型，但随着深入的研究，很多现象不能用高、低温两种晶型来解释。最明显的是低于相变温度的反应烧结si3M中，a相和B相几乎同时岀现，最后B相占10%〜40%。经研究表明：a相一B相是重建式转变，认为a相和B相除了在结构上有对称性高低的差别外，并没有高低温之分，B相只不过是在温