反应烧结多孔si,3n,4陶瓷的制备与研究

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1、中文摘要氮化硅(Si，N4)陶瓷是～种综合性能优良的陶瓷材料，在国防、航天航空、冶金、电子、石油等众多行业中具有广泛的应用前景。本实验利用Si粉作为原料，采用反应烧结工艺，成功的制备了多孔氮化硅陶瓷，对添加剂的作用和制备工艺进行了讨论，并对氮化烧结的机理和模型进行了分析。通过采用Si粉反应烧结的方法成功地制备了多孔RBSN陶瓷。研究了添加剂(烧结助剂、添加晶须、造孔剂)对多孔RBSN陶瓷性能的影响，利用SEM和XRD表征了陶瓷的微观形貌和物相，探讨了微观结构和宏观性能之间的联系。实验结果表明：Y203+AI(OH)3作为烧结助剂样品具有更佳的性

2、能，所以要优于Y203+Mg(OH)2·4MgC03"6H20；适量的添加0L．Si3N4晶须既可以起到晶种的作用，又可以作为一种稀释剂，诱导了a．Si31'44晶须的生成，防止“流硅”现象的发生，优化了显微结构；作为RBSN的造孔剂，单独考虑造孔能力，淀粉效果要优于尿素；单独考虑保持良好的机械强度，尿素优于淀粉：总体考虑气孔率与强度的关系，淀粉要优于尿素。本实验制备了孔隙率为31．04．51．80％的多孔氮化硅陶瓷，同时样品强度也从175．61MPa降低到了42．09MPa，随着造孔剂含量的增加，气孔率明显增高，介电常数从5．56降低到了4．

3、0l，但介质损耗却明显增加了，从5．02x10。3上升NT13．25x10一。研究了制备工艺对多孔RBSN陶瓷性能的影响，借助激光粒度分析、SEM等分析手段，通过对微观结构和宏观性能的探究，发现制备工艺(烧结助剂的加入方式、粒度级配以及氮化烧结制度等)对多孔RBSN陶瓷性能有较明显的影响。结果表明，通过液相包裹沉淀工艺实现了烧结助剂对Si粉的包裹，制备了孔隙率更高的多孔RBSN陶瓷，样品的氮化率与固相法基本相近；合理的颗粒配比可以获得多孔RBSN，当粗粉与细粉质量比为7：3时，不仅提高了气孔率，而且也促进氮化，提高了氮化率和强度；采用循环升温制

4、度，有利于N2向坯体内部的扩散，对提高氮化率和材料强度具有较佳的影响；本实验讨论了Si粉氮化烧结的机理，a．Si3N4主要来自于气相、气固反应，p．Si3N4主要来自于液相、气固反应，欲提高氮化率，则需要解决N2通过Si3N4层向Si核的扩散问题。关键词：氮化硅；反应烧结；多孔陶瓷；添加剂；工艺；制备ABSTRACTTheuseofSi3N4ceramicsforpracticalapplicationssuchasnationaldefense，aviation,metallurgy，electronics，petroleumere，hasa

5、ttractedmuchattentionduetotheirexcellentmulti—performance．Inthispaper,poroussiliconnitridewaspreparedbyreaction-bondedtechnologyIlsingSiasstartingmaterial．Thefunctionsofadditivesandpreparationprocessweremainlystudiedinthisexperiment．Thenitridationsinteringmechanismandmodelwe

6、realsoinvestigated．TheporousRBSNceramicwasobtainedsuccessfullybyreaction-bondedtechnology．Theinfluenceofadditives(includingsinteringaids，whiskersandpore—formingagents)onpropertiesofporousRBSNwasstudied，ThemicroscopicmorphologyandphasewerecharacterizedbySEMandXRD，respectively

7、，therelationsbetweenmierostructureandmacroscopicpropertieswerediscussed．TheresultsshowedthattheeffectsofY203+Al(OH)3assinteringaidswerebetterthanY203+Mg(OH)2。4MgC03。6H20duetobetterpropertiesofsample．AppropriatecontentofCt—Si3N4whiskerwereaddedasseedsanddilutingagents，whichco

8、uldpromotethegrowthofct-Si3N4whiskers，avoidthephenomenonofmeltingSiandoptim