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1、含有定向生长颗粒的氮化硅陶瓷的研究进展?24?材料导报2007年12月第21卷第12期含有定向生长颗粒的氮化硅陶瓷的研究进展毕玉惠,李君,陈斐,张东明,沈强,张联盟(武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉430070)摘要简单介绍了氮化硅陶瓷的性质,其中通过加入第二相晶种或者自增韧形成的含有定向生长颗粒的氮化硅陶瓷具有优良的力学和热学性能,可以克服传统氮化硅陶瓷的脆性.同时介绍了制备这种陶瓷的加工工艺和国内外的研究现状.关键词氮化硅(Si.N4)定向流延成型热压烧结性能ResearchProgressinSiliconNit
2、rideCeramicswithAlignedGrowedGrainsBIYuhui,LIJun,CHENFei,ZHANGDongming,SHENQiang,ZHANGLianmeng(StateKeyLabofAdvancedTechnologyforMaterialsSynthesisandProcessing,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070)AbstractThepropertyofsiliconnitrideceramicsareintriducedinthispaper.
3、Ofallsilicinnityideceramics,thesiliconnitrideceramicswithalignedgrowedgrainscouldovercomethebrittlenesstraditionalsiliconnitrideceram—ics,whicharerealizedbyaddingthesecondphaseandinsitureinforcement,andwhicharepreparedbyusingprocessingtechnics,suchastapecastingandhotpr
4、essuesintering.Theyexhibitspecialmechanicalandthermalproperties.Meanwhile,theprocessingmethodsmakingthesiliconnitrideceramicsarepresentedandtheprogressathomeanda—broadisinvestigated.Keywordssiliconnitride(Si3N4),align,tapecasting,hotpressurtsintrting,property0前言在科学技术高度
5、发达的今天,由于高技术陶瓷可突破现有合金及高分子材料的使用极限,成为现代世界上第三种主要材料.氮化硅陶瓷作为一种新型结构陶瓷材料,同时具有机械,热和部分化学功能,成为最有发展潜力与应用的工程材料之一[1～.氮化硅是无机非金属共价键化合物,由于氮原子之间结合得非常牢固,所以具有很多优异的性能,如密度小,热膨胀系数低,硬度高,弹性模量高,耐热冲击,高抗热震性,抗蠕变性好,耐腐蚀,高温力学性能好等,而且与碳和金属元素化学反应较小,摩擦系数也较低;同时具有润滑性与耐磨损性.因此,氮化硅结构陶瓷在众多领域得到广泛应用,如在机械工业中用作涡轮叶
6、片,高温轴承,高速切削工具等;在冶金工业中用作坩埚,燃烧嘴,铝电解槽衬里等热工设备上的部件;在化学工业中用作耐蚀耐磨零件,如球阀,泵体,燃烧器,汽化器等;在半导体,航空航天,原子能工业上用作薄膜电容器,高温绝缘体,雷达天线罩,原子反应堆中的支承件和隔离体,核裂变物质的载体等I4卅j.但是像其它陶瓷一样,氮化硅陶瓷致命的弱点一一脆性,阻碍了它更广泛的应用.它不像金属那样具有塑性变形的能力,可滑移的位错系统.当外加能量超过一定的限度时,它只有形成新的表面来消耗外加能量,即在陶瓷体内形成新的裂纹表面导致灾难性的破坏.例如用作轧辊和导卫材料
7、,由于高温高速线材轧制过程中工作条件极为恶劣,要求材料具有优异的强度,硬度,耐磨性,韧性,抗热冲击性和热导率,而现有氮化硅陶瓷轧辊的韧性,强度,抗热冲击性和热导率尚不能满足需要[8-10~.因此针对氮化硅陶瓷改性的研究主要集中在力学性能和热学性能上,国内外的专家对此做了大量的工作.其中,主要研究了不同烧结助剂,加入第二相或自增韧,成型,烧结工艺和后处理,如热处理,HIP热处理等对力学性能和热学性能的影响,可以使其在强度,韧性和热导率方面同时得到提高,尤其在热导率值的提高方面取得了很大的突破.大量研究表明L】"]:含有定向生长颗粒的氮
8、化硅陶瓷在某一方向上同时具有高的强度和断裂韧性,良好的耐磨性,高的热导率等独特的性能,具有很好的发展潜力.1含有定向生长颗粒的氮化硅陶瓷的制备方法1.1晶须的加入晶须是在人工控制条件下合成的一种高强度胡须状的单晶体,其晶体结构比较完整
