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探究氮化硅陶瓷自增韧技术的发展

来源:未知 发布日期:2019-06-06 02:36 浏览:

  自增韧是近几年发展起来的能够有效提高陶瓷断裂韧性的一种新工艺,主要是通过工艺因素的控制,使陶瓷晶粒在原位形成有较大长径比的形貌,从而起到类似于晶须的增韧补强作用。

  由于氮化硅晶体具有生长各向异性,在高▲=○▼温时,其α相能够向β相转变,β—S▷•●i3N4晶体会继续长大使其显微结构发生变化。因此,可以通过控制β—Si3N4晶粒的形核和生长来获得所需要的◆▼显微结构,从而形成自增韧Si3N4陶瓷。

  自增韧的实质是通过合理的成分设计和最佳的工艺条件,获得理想的显微结构,从而达到提高断裂韧性的目的。

  热压烧结是加压成型和加压烧结同时进行的一种烧结工艺。热压技术最早用于碳化钨和钨粉致密件的制备。现在已经广泛应用于陶瓷、粉末冶金和复合材料的生产。热压烧结是一种单向或双向加压的压力烧结方法。热压烧结过程就是高温下的干压成型,即只需模具连同样品一起加热,并施以一定的压力,热压烧结时的粉料不需成型。热压烧结中的加热方法仍然为电加热法,加压方式为油压法,模具根据不同要求可使用石墨模具或氧化铝模具。通常使用的模具必须在非氧化气氛中使用,使用压力可达70MPa。石墨模具制作简单,成本较低。

  热等静压烧结结合了热压烧结和无压烧结两者优点的烧结方法,与传统无压烧结和普通热压烧结相比,热等静压能向热压烧结那样提高致密度,抑制晶粒生长,提高制品性◆■能,而且能向无压烧结那样制造出形状十分复杂的产品,还可以实现金属——陶瓷间的封接,如果封接得当可获得表面光洁度很高的产品,从而减少或避免机械加工。

  放电等离子烧结是利用直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结方法,通过调节脉冲直流电的大小控制升温速率和烧结温度。整个烧结过程可在真空环境下进行,也可在保护气氛中进行。烧结过程中脉冲直流直接通过上下压头和烧结粉体或石墨模具,因此加热系统的热容很小,升温和★△◁◁▽▼传热速度快,从而使快速升温烧结成为可能。

  微波烧结是利用微波直接与物质粒子(分子、离子)相互作用,利用材料的介电损耗使样品直接吸收微波能量从而得以加热的新型烧结方法。微波烧结方法可以烧结如氧化铝、氧化钇、稳定氧化锆和莫来石等很多高技术陶瓷材料。

  微◇=△▲波烧结特点:加热机制独特,微波烧结是通过微波与材料直接作用而升温的,样品自身可视为热源,在热过程中样品一方▲●…△面吸收微波能,另一方面通过表面辐射等方式损失能量;独特的加热机制使得材料升温不仅取决于微波系统特性,如频率等因素,还与材料介质特性,如介电损耗有关,介电损耗越高,升温速率越快;微波烧结具有可降低烧结温度、抑制晶粒△▪▲□△生长等优点,但较高的升温速率导致温度分布不均、热效应较大、样品尺寸受限制等。

  微波烧结加热的本质是材料中分子或离子等与微波电磁场的相互作用。在高频交变电场作▪…□▷▷•用下,材料内部极性分子、偶极子、离子等随电场的变化剧烈运动,各组元之间产生碰撞、摩擦等内耗作用使微波能转变为热能。

  反应烧结又称活化烧结或强化烧结。通过添加物的作用,使反应与烧结同时进行的一种烧结方法。反应烧结的特点:提高制品质量,烧成的制品不收缩,尺寸不变化;●反应速度快,传质和传热过程贯彻在烧结的全过程。

  自增韧Si3N4的制备方法很多,如无压烧结、热压烧结和气压烧结等,其目的是通过工艺条件的合理选择和优化达到有效地控制各Si3N4的晶粒尺寸,从而获得理想的显微结构。对某一特定的烧结▽•●◆方法,烧结温度和时间的改变将使显微结构发生变化。温度升高或时间延长,均能增加材料的质量传输,从而促进晶体生长,使其长径比发生变化。在诸多条件下,温度是主要参数。

  目前氮化硅陶瓷材料的研究多关注材料的显微结构、抗弯强•●度、断裂韧性、硬度、热膨胀系★◇▽▼•数、热导率和摩擦系数等性能。氮化硅陶瓷具有优异的物理机械性能和化学性能,被广泛利用于高温、化工、冶金、航空○▲◆●△▼●-•■◇•■★▼□航天等领域。在结构陶瓷中氮化硅陶瓷虽具有相对较高的断裂韧性,但为了进一步拓宽氮化硅陶瓷的运用领域和提高其使用可靠性,改善其断裂韧性一直是该材料的重要课题。

  中国粉体网将于2019年8月27-28日在湖南长沙举办“2019第二届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”,届时来自湖南工业大学的银锐明副院长将带来《自增韧氮化硅基陶瓷的研究与应用》的精彩报告。

  银锐明,1973年2月出生,博士,教授,博导。主要研究领域:先进陶瓷材料与成☆△◆▲■型▲★-●技术。现任湖南工业大学冶金与材料工程学院副院长,江苏省“双创计划”人才,湖南省普通高校学科带头人,社会上兼任中国有色金属学会粉末冶金及金属陶瓷学术委员会委员,“有色金属科学与工程”编委。

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