發(fā)布時(shí)間：2017-12-12 14:28

  本文關(guān)鍵詞：六方氮化硼陶瓷的放電等離子燒結(jié)及性能研究

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【摘要】：六方氮化硼(h-BN)由于具有優(yōu)異的耐高溫、抗熱震、高溫?zé)岱�(wěn)定性、耐腐蝕和易切削加工等綜合特性,在冶金、化工、電子及新能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,但因其難以致密化、強(qiáng)度低及燒結(jié)溫度高等問題限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。針對(duì)上述技術(shù)難題,本文從降低燒結(jié)溫度,提高致密度和強(qiáng)度入手,采用放電等離子燒結(jié)(SPS)方法對(duì)h-BN陶瓷及其復(fù)相陶瓷的燒結(jié)致密化過程和力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。本文首先系統(tǒng)研究了不同燒結(jié)方法及SPS工藝參數(shù)(燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、燒結(jié)壓力和加壓方式)對(duì)h-BN陶瓷致密化及力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)在不添加任何燒結(jié)助劑的情況下,采用SPS方法在較低燒結(jié)溫度下和較短時(shí)間內(nèi)即可制備出高致密度的h-BN陶瓷,較傳統(tǒng)無壓和熱壓燒結(jié)的h-BN陶瓷晶粒更均勻細(xì)小,力學(xué)性能更高,燒結(jié)溫度可降低200℃以上。進(jìn)一步證實(shí)燒結(jié)壓力和燒結(jié)溫度也是決定片層結(jié)構(gòu)h-BN陶瓷致密化、晶粒取向度及力學(xué)性能的主要因素;相比于對(duì)h-BN陶瓷致密度的影響,燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)晶粒生長的影響更為顯著。此外,還研究發(fā)現(xiàn)坯體初始致密度及加壓方式對(duì)h-BN陶瓷的致密度和力學(xué)性能也有一定的影響。對(duì)采用不同粒徑h-BN粉體制備的h-BN陶瓷致密度和力學(xué)性能的研究表明,晶粒尺寸越小,結(jié)晶度越低,所制備h-BN陶瓷的致密度和力學(xué)性能越高,而較大的粉體粒徑則能極大提高片狀h-BN晶粒的定向取向度。此外,還發(fā)現(xiàn)不同粒徑粉體混合比例制備的h-BN陶瓷的致密度和力學(xué)性能曲線均呈"V"字形變化。為了促進(jìn)SiC//h-BN復(fù)相陶瓷的致密化和提高力學(xué)性能,本文采用了 B203和A1203-Y203兩種燒結(jié)助劑。研究發(fā)現(xiàn),引入B203能夠極大的提高復(fù)相陶瓷的致密度,當(dāng)B2O3添加量為5wt%時(shí),SiC/h-BN復(fù)相陶瓷的相對(duì)密度高達(dá)97%;而Al2O3-Y2O3則對(duì)復(fù)相陶瓷的力學(xué)性能提高顯著,當(dāng)Al2O3-Y2O3添加量為8wt%時(shí),SiC/h-BN復(fù)相陶瓷的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性較同等條件制備的單相h-BN陶瓷分別可提高約142%和84%。為了提高單相h-BN陶瓷的致密度和力學(xué)性能,本文分別引入了 SiC、Zr02+SiC和Si3N4三種形式的增強(qiáng)相。研究結(jié)果表明,在1600℃、40MPa壓力和保溫1Omin下,當(dāng)SiC添加量為25wt%時(shí),SiC/h-BN復(fù)相陶瓷的相對(duì)密度高達(dá)98%,其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性較單相h-BN陶瓷分別提高了約139%和67%。在Zr02+SiC添加總量不變的情況下,添加15wt%SiC的(ZrO2+SiC)/h-BN復(fù)相陶瓷的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性較單相h-BN陶瓷分別提高了約95%和76%。相對(duì)于前兩種增強(qiáng)相,Si3N4引入到h-BN中對(duì)h-BN陶瓷的致密度和力學(xué)性能提高更為顯著,發(fā)現(xiàn)在Si3N4添加量僅為20vol%時(shí),Si3N4/h-BN復(fù)相陶瓷的抗彎強(qiáng)度即可提高約2倍,斷裂韌性提高約1.5倍。此外,還探討了 25%SiC/h-BN復(fù)相陶瓷的抗熱震性能,分析了各增強(qiáng)相的強(qiáng)韌化機(jī)理。發(fā)現(xiàn)25%SiC/h-BN復(fù)相陶瓷在低于900℃具有較好的抗熱震穩(wěn)定性,硅酸鹽玻璃相的形成提高了樣品的殘余抗彎強(qiáng)度;納米SiC顆粒能起到較好的孔隙填充和彌散強(qiáng)化作用;β-Si3N4的含量、直徑和長徑比大小顯著影響復(fù)相陶瓷的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ174.1

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本文編號(hào)：1282851