本文選題：Si-B-C-N + 納米�。� 參考：《北京科技大學》2017年博士論文

【摘要】：近年來,采用有機硅聚合物先驅體制備的Si-C-N、Si-B-N和Si-B-C-N等非晶陶瓷以其優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和良好的抗氧化等性能受到了廣泛關注,此類材料甚至能夠在2000℃的高溫條件保持穩(wěn)定,顯示了良好的應用前景。但是,利用有機聚合物先驅體制備陶瓷材料也存在不足之處。由于在先驅體熱解過程中有大量氣體溢出,導致制備陶瓷的氣孔率很高、缺陷較多,影響到材料的性能,因此,先驅體轉化法在制備致密的大塊體非晶陶瓷方面遇到了困難�；谝陨系谋尘�,本論文開發(fā)了一種合成Si-B-C-N納米非晶態(tài)粉末的新工藝,在低溫液氨體系中,利用液氨能夠溶解堿金屬形成強還原介質的特性,以SiC14,SiC13CH3和BBr3的混合溶液為原料,金屬鈉為還原劑,反應制備了 Si-B-C-N納米非晶粉體,并以該粉體為原料,采用放電等離子燒結的方式,制備了致密的Si-B-C-N非晶陶瓷。本文的研究內容和成果包括以下幾個方面:(1)提出了一種在低溫條件下制備Si-B-C-N納米非晶粉體的新方法。以SiCl4,SiCl3CH3和BBr3的混合溶液為原料,將其與金屬鈉的液氨溶液反應分別制備了 Si-B-N,Si-C-N和Si-B-C-N納米非晶粉體,粉體的微觀形貌為顆粒狀,粒徑約20nm。三元體系中,Si-C-N三元系的Si4CN4可以在1450℃保持穩(wěn)定的非晶態(tài)結構,Si-B-N三元系的Si3B3N7粉末能夠在1550℃保持穩(wěn)定的非晶態(tài)結構,而四元系Si-B-C-N納米非晶粉體在1650℃下仍然保持穩(wěn)定的非晶態(tài)結構顯示了優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。與現行的有機先驅體合成工藝相比,本方法省去了先驅體聚合物合成的復雜過程,具有工藝簡單、流程短、制備溫度低等特點,并且合成粉末的清潔度高,尺度很小,為納米級。(2)從Si-B-N和Si-C-N三元系材料出發(fā),考察了 B和C含量對非晶粉體熱穩(wěn)定性的研究。最終確定Si-B-C-N納米非晶粉體的最佳成分為Si4B3CN7。并以該組分為起點,研究了其附近成分非晶粉末的性能,發(fā)現B含量降低會對其晶化溫度產生影響,C的少量增大會一定幅度提高燒結塊體的力學性能。此外,B和C含量的提高均會影響陶瓷塊體的抗氧化性,使其小幅度下降。(3)以液氨體系中制備的Si-B-C-N納米非晶粉末為原料,在不添加燒結助劑的情況下,通過SPS燒結,制得了不同致密度的Si-B-C-N非晶陶瓷。在1650℃下SPS燒結試樣保持非晶態(tài)結構,其相對密度達到了 98.5%。實驗合成的Si-B-C-N納米非晶粉末便顯出了優(yōu)異的燒結性能,在不需添加任何燒結助劑的條件下,完成了非晶陶瓷的致密燒結,與文獻報道相比,本研究的燒結溫度低,并且未引入燒結助劑。該系列非晶陶瓷表現出了優(yōu)異的抗氧化性和力學性能,在經過1550℃空氣氣氛下100小時的氧化之后,其重量變化僅為0.01%。同時,該系列陶瓷的力學性能也保持在比較高的水平,其三點彎曲強度可達715 MPa,維氏硬度和斷裂韌性也分別達到9.0 GPa和11.4 MPa · m1/2。(4)通過采用Si-B-C-N納米非晶粉末原位包覆商業(yè)Si3N4粉末的方式來改善微米粉末的燒結性能,當包覆量為30 wt%時,已經實現了良好的包覆效果。實驗制備的納米-微米復合粉末表現出優(yōu)異的燒結性能。30 wt%包覆量的商業(yè)Si3N4粉末表面被完全包覆,在1650℃下經SPS燒結后,試樣的相對密度達到了 98.0%,陶瓷體接近完全致密。與氮化硅陶瓷塊體相比,采用納米-微米復合粉末制備的陶瓷具有更好的力學性能和抗氧化性。(5)用Si-B-N纖維對SI-B-C-N陶瓷進行增韌,首先通過原位包覆使SI-B-C-N均勻地包覆在Si-B-N纖維表面,包覆量達到40 wt%的試樣其力學性能和抗氧化性達到最大。與未經過增韌的非晶塊體相比,其抗氧化性有小幅下降,其斷裂韌性從10.9MPa.m1/2提高到11.3MPa.m1/2,強度從679MPa·提高到701 MPa.1/2,可見纖維在陶瓷塊體中起到了一定的增韌效果。本文研究優(yōu)化了非晶粉體的成分和燒結工藝,并對不同成分粉體燒結后塊體的力學性能和抗氧化性分別進行了探索,在粉體的制備和粉體成分的選擇方面體現了良好的創(chuàng)新性,
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【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ174.1

【參考文獻】

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1 楊治華,賈德昌,周玉;SiC-BN及Si-B-C-N復合陶瓷的研究進展[J];機械工程材料;2005年03期

2 馮建基,李國卿,牟宗信,張長瑞;Si_3N_4陶瓷材料的高溫氧化理論及其抗氧化研究現狀[J];中國陶瓷工業(yè);2004年06期

3 高玉來,孫劍飛,王剛,沈軍,周彼德,李慶春;粉末冶金工藝對大塊非晶合金性能的影響[J];粉末冶金技術;2003年02期

4 高玉來,沈軍,孫劍飛,周彼德,李慶春;大塊非晶合金制備新技術——非晶粉末固結成形法[J];材料導報;2002年10期

5 鄭知敏,徐彩虹,劉春鵑,李永明,楊始燕,高偉,謝擇民;前驅體法制備Si-C-N-M基高性能陶瓷的研究進展[J];有機硅材料;2002年02期

6 彭志堅,司文捷,林仕偉,苗赫濯,AN Li-Nan;用有機硅聚合物制備高溫結構陶瓷材料研究進展[J];無機材料學報;2001年05期

7 謝征芳,陳朝輝,肖加余,胡海峰,鄭文偉;先驅體陶瓷[J];高分子材料科學與工程;2000年06期

8 張東明,傅正義;放電等離子加壓燒結(SPS)技術特點及應用[J];武漢工業(yè)大學學報;1999年06期

9 施劍林;固相燒結Ⅱ——粗化與致密化關系及物質傳輸途徑[J];硅酸鹽學報;1997年06期

10 高濂,宮本大樹;放電等離子燒結技術[J];無機材料學報;1997年02期

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本文編號：1745616