利用反應(yīng)燒結(jié)法制備Si3N4復(fù)合材料及其多孔材料的研究.pdf

1、本文以硅粉為主要原料，通過添加第二相，采用反應(yīng)燒結(jié)法制備了Si3N4-BN、Si3N4-MoSi2-BN復(fù)合材料及Si3N4基多孔材料。研究了原料配比、燒結(jié)制度、燒結(jié)助劑和造孔劑等因素對(duì)Si3N4基復(fù)合材料及多孔材料的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。為改善BN對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的不利影響，本文首先對(duì)BN的制備和結(jié)晶轉(zhuǎn)化進(jìn)行了研究，同時(shí)通過控制反應(yīng)條件，采用熔鹽法制備了接近納米尺寸的圓片狀BN，并研究了其生成機(jī)理。采用反應(yīng)燒結(jié)法制備了

2、Si3N4-BN復(fù)合材料，探討了燒結(jié)助劑的作用機(jī)理。將Mo粉添加到Si和BN的原料粉末中，通過原位合成，制備了Si3N4-MoSi2-BN復(fù)合材料，并研究了Mo5Si3的生成原因。本文還通過添加造孔劑的方法，成功地制備了多孔Si3N4陶瓷；另外，為提高多孔陶瓷的力學(xué)性能，通過添加SiC顆粒，制備了多孔Si3N4-SiC復(fù)合材料，同時(shí)通過添加h-BN，制備了多孔Si3N4-BN復(fù)合材料。主要得出以下結(jié)論：
　　 (1)采用硼酸尿素

3、法在900℃氮?dú)鈿夥障轮苽淞藅-BN，研究了溫度和添加劑對(duì)t-BN向h-BN結(jié)晶轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明，隨著熱處理溫度的升高和t-BN添加量的增加，t-BN向h-BN的轉(zhuǎn)化越來越完善，但粉體的比表面積逐漸減小。當(dāng)在t-BN中加入9％的四硼酸鈉時(shí)，在1300℃熱處理后所得BN的顆粒形貌為球狀顆粒，顆粒尺寸均勻，并且其結(jié)晶狀況優(yōu)于無添加劑時(shí)在1600℃熱處理后的BN粉末。
　　 (2)以硼酸尿素為原料，四硼酸納為反應(yīng)載體，采用熔鹽法制

4、備了接近納米尺寸的圓片狀BN，研究了四硼酸鈉含量、反應(yīng)溫度以及保溫時(shí)間對(duì)BN結(jié)晶的影響，探討了四硼酸鈉對(duì)BN結(jié)晶的作用機(jī)理。結(jié)果表明，隨著四硼酸鈉含量的增加、反應(yīng)溫度的升高以及保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，所制得BN粉末的結(jié)晶越來越完善，且當(dāng)四硼酸鈉與原料的質(zhì)量比為1：1，在1200℃下保溫2h時(shí)，能制備接近納米尺寸的圓片狀BN。
　　 (3)以Si粉和BN為原料，通過反應(yīng)燒結(jié)法制備了以β-Si3N4為主晶相、以α-Si3N4為次晶相的Si3

5、N4-BN復(fù)合材料。研究了燒結(jié)制度和燒結(jié)助劑對(duì)復(fù)合材料的影響，對(duì)比了添加自制BN與商品BN所制備的復(fù)合材料的性能，探討了燒結(jié)助劑的作用機(jī)理。結(jié)果表明，CaF2、Fe2O3和Al2O3+Y2O3三種燒結(jié)助劑都能有效促進(jìn)Si的氮化以及α-Si3N4向β-Si3N4的轉(zhuǎn)變。CaF2能促進(jìn)材料中的纖維狀α-Si3N4的生成；Fe2O3能迅速促進(jìn)Si的氮化，且得到的材料顯氣孔率較小，體積密度較大，而添加Al2O3+Y2O3得到的材料的抗折強(qiáng)度較大

6、；同時(shí)，添加自制BN所制得Si3N4-BN復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)好，沒有BN的亂層無序和搭橋等缺陷產(chǎn)生，并且抗折強(qiáng)度較高。
　　 (4)以Si粉、Mo粉和BN為原料，采用反應(yīng)燒結(jié)法原位合成了Si3N4-MoSi2-BN復(fù)合材料。研究了Mo粉含量對(duì)復(fù)合材料的影響，探討了Mo5Si3的生成機(jī)理。結(jié)果表明，隨著Mo粉加入量的增加，所制備的復(fù)合材料顯氣孔率增大，體積密度減小，抗折強(qiáng)度也降低，同時(shí)，生成的Mo5Si3量增多。另外，原位生成

7、的MoSi2均勻地分散于復(fù)合材料中，其晶粒尺寸為2～3μm。
　　 (5)采用反應(yīng)燒結(jié)法制備了多孔Si3N4陶瓷，研究了造孔劑含量對(duì)多孔材料的影響，對(duì)比了KC1和尿素兩種造孔劑的添加效果，考察了預(yù)燒結(jié)對(duì)材料的影響。結(jié)果表明，隨著造孔劑含量的增加，所制備多孔材料的氣孔率增加，抗折強(qiáng)度下降。添加KCl所得材料的顯微結(jié)構(gòu)和性能好于添加尿素所得材料。另外，預(yù)燒結(jié)能提高多孔材料的抗折強(qiáng)度，但其氣孔率卻下降。
　　 (6)為改善多孔