氮化硅（SbN4）陶瓷因具有較高的硬度、強度和韌性及良好的熱穩(wěn)定性等而廣泛應用于高速切削刀具和高精密軸承球等的制造。但是,如何獲得高硬度高韌性兼具的Si3N4陶瓷,是制約Si3N4陶瓷產(chǎn)品高可靠性批量制造的關(guān)鍵瓶頸。本文圍繞這一關(guān)鍵科學問題,提出通過燒結(jié)工藝和添加過渡金屬硼化物等多種工藝方法,實現(xiàn)了Si3N4陶瓷物相和顯微結(jié)構(gòu)的可控,制備出兼具高硬度高韌性的Si3N4陶瓷,并進行切削實驗驗證。主要研究內(nèi)容及研究結(jié)論如下:1)通過兩步熱壓燒結(jié)（HP+HP）工藝,采用原料組分為Si3N4+A12O3+Y2O3,制備出界面結(jié)合完好、應力低的表層硬度高（18.1 GPa）芯部韌性高（5.5 MPa·m1/2）的Si3N4梯度陶瓷。研究結(jié)果表明,制備的Si3N4梯度陶瓷表層晶粒細小、芯部晶粒粗大為β-Si3N4相,Si3N4梯度陶瓷界面結(jié)合良好,表層硬度高于芯部、韌性和強度低于芯部。利用聚焦離子束微納加工技術(shù)制備微懸臂梁測試的斷裂強度表明,當?shù)诙紿P燒結(jié)溫度為1600℃時,Si3N4梯度陶瓷表層和芯部的斷裂強度相同,界面應力很低。2)為進一步提高表層的硬度和芯部的韌性,將第二步HP改為放電等離... 

【文章來源】：廣東工業(yè)大學廣東省

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１?Ｓｉ３Ｎ４的晶體結(jié)構(gòu)［１７］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｏｕｔｌｉｎｅ?ｏｆ?ＳｂＮ４?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?［１７】??

?Ｌｏｇ?ｔｉｍｅ??圖１－５?Ｋｉｎｇｅｒｙ模型：Ｓｉ３Ｎ４陶瓷的液相燒結(jié)過程［２２】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｋｉｎｇｅｒｙ?ｍｏｄｅｌ：?ｌｉｑｕｉｄ?ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?兮“隊間??第一階段顆粒重排：在高溫燒結(jié)過程中，燒結(jié)助劑（金屬氧化物：Ａｈ〇３、??ＭｇＯ等，稀土氧化物：Ｒｅ２〇３）與Ｓｉ３Ｎ４表面的ＳｉｘＯｙ反應形成液相，填充顆粒??之間，隨液相的流動，顆粒發(fā)生旋轉(zhuǎn)、滑移、重排使燒結(jié)體致密度迅速提高。同??時，液相沿顆粒晶界滲入、侵蝕，并把大顆�！皼_離”成更小的顆粒，稱之為二??次顆粒重排｜２６１。??第二階段溶解－再析出：《－ＳｂＮ４顆粒溶解在液相中，達到過飽和狀態(tài)時再析??出冷ＳｂＮ４相，Ａ－ＳｂＮ４形核逐漸長大并互相接觸，形成燒結(jié)頸，通過不同的傳質(zhì)??方式使燒結(jié)頸長大，促進致密度化｜１４１。在這一階段中，ＳｂＮ４陶瓷具有較高的致??密度

（ａ）?Ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ?ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ?（ｂ）?Ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅ?ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ??圖１－４多相粉末燒結(jié)模型ｍ?（ａ）固態(tài)燒結(jié)和（ｂ）液相燒結(jié)??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｍｕｌｔｉｐｌｅ?ｐｈａｓｅ?ｐｏｗｄｅｒ?ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ?＇２２＊：?（ａ）?Ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ?ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，?ａｎｄ??（ｂ）?Ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅ?ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ??０????ＥＵＭＮＡＴＩＯＮ?ＯＦ??［?ＣＬＯＳＥＤ?ＰＯＲＯＳｍ??Ｉ?ｙ＾ＳＯＬＵＴＩＯＮ－??－１?／?ｉ?ＰＲＥＣＩＰｌＴＡｎＯＮ?Ｉ??Ｌｏｇ?／?［?ａ?－?Ｐ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ?［?ｄｅｎｓｉｉｙ?＞?９５°?〇??ｓｈｒｉｎｋａｇｅ?；?ｎｕｃｉｅａｔｉ〇ｎ／Ｒｎ，ｗｔｈ?｜，ｈｅ〇ｒｃｔｉｃａｌ??ＬＡＲＴＩＣＬＥ?ｊ?！??ＲＥＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴ１?Ｋｉｎｇｅｒｙ?１?ｇｒａｉｎ?ｃｏａｒｓｅｎｉｎｇ??－２?Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ?ｂｙ?ｉ?〇〇?ｆ?ｉ／ｎ?＞??ｖｕｌｕｒａｅ，ｖｉｓｃｏｌｔ＞?丨??ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｆｏｒｍｅｄ?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于高SiO2含量的Si3N4基陶瓷顯微結(jié)構(gòu)與力學性能[J]. 于俊杰,管甲鎖,郭偉明,林華泰.  硅酸鹽學報. 2016(12)
[2]MgO-Al2O3-Re2O3（Re=Lu,Y）對無壓燒結(jié)Si3N4陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響[J]. 郭偉明,吳利翔,馬提,游洋,伍尚華,林華泰.  人工晶體學報. 2016(01)
[3]Si3N4-TiC0.5N0.5復相陶瓷的制備及切削性能研究[J]. 古尚賢,郭偉明,曾俊杰,伍尚華,蔣強國,高棱.  人工晶體學報. 2015(05)
[4]試論氮化硅的研究及應用[J]. 曹健,叢麗娜.  陶瓷. 2008(04)
[5]陶瓷強韌化新紀元——仿生結(jié)構(gòu)設計[J]. 黃勇,李翠偉,汪長安,昝青峰,李淑琴.  材料導報. 2000(08)
[6]車用渦輪增壓器的輕量化技術(shù)[J]. 陸克久.  車用發(fā)動機. 1999(05)
[7]層狀氮化硅陶瓷的性能與結(jié)構(gòu)[J]. 郭海,黃勇,李建保.  硅酸鹽學報. 1997(05)

博士論文
[1]含三元燒結(jié)助劑氮化硅陶瓷的制備、微觀結(jié)構(gòu)及性能研究[D]. 蔣強國.廣東工業(yè)大學 2015
[2]預應力陶瓷與層狀陶瓷復合材料應力分析與設計[D]. 蘇盛彪.中國建筑材料科學研究院 2002

碩士論文
[1]含Al2O3-Y2O3和MgO-Y2O3助劑的Si3N4陶瓷刀具材料制備與性能研究[D]. 劉聰.廣東工業(yè)大學 2018



本文編號：3456323