反应烧结氮化硅基复合陶瓷材料的制备与性能研究

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1、硕卜论史反砖烧结氧化许单复含陶瓷材聿4的制冬‘J性能研究摘要本文用气态耗定升温法反应烧结制各出新型AIN．Si3N4-SiC复合陶瓷材料，并对其进行了结构、形貌分析和物理及力学性能测试。研究发现，新型AIN．Si3N4-SiC复合陶瓷材料的出现是对Si3N4．SiC陶瓷体系的重大改进，Al的添加明显提高了si3N4一SiC陶瓷体系的强度。针对目前国内在Si3N4自配对摩擦副下对Si3N4陶瓷摩擦磨损性能研究较少的情况下，本文系统研究了载荷、润滑条件、摩擦副对si3N4陶瓷摩擦磨损性能的影响。XRD物相分析结果表明，添加Al能够明显促进陶瓷材料的液相烧结，有利于B．Si

2、3N4的形成，从而对材料的力学性能产生了重大影响。SEM形貌分析中观察到等轴状的a．si3N4和杜棒状的B．Si3N4相互交织，大量的纤维状AIN填充在孔洞之『HJ，从而有效提高了材料的致密度，改善了材料的力学性能。通过对材料进行密度、孔隙度、三点弯曲强度和洛氏硬度实验，发现在一定范围内添加Al可以显著提高材料的密度及抗弯强度，超过此范围后材料的密度及抗弯强度有所降低；而在保持Al和Si添加比例一定的情况下，复合材料的密度及抗弯强度均随着SiC添加量的增加而增大。而硬度对Al及SiC的添加量不敏感。对复合材料摩擦磨损行为的研究结果表明，载荷、润滑条件及摩擦副极大影响了

3、材料的摩擦磨损性能。材科的稳定摩擦系数和磨损率均随着载荷的增大而增大；水润滑条件可以显著降低材料的磨损率，降低幅度达两个数量级，极大改善了材料的耐磨性能；对比Si3NdSi3I'44摩擦副及Si3Na／GCrl5摩擦副对材科摩擦磨损性能的影响可知，在相同的摩擦条件下，Si3N4陶瓷在Si3N,／GCrl5摩擦副下的磨损率要比其在Si3NdSi3N4摩擦副下低两个数量级。通过对材料磨损表面的形貌分析可知，Si3N4陶瓷的磨损机制主要为枯着磨损、磨粒磨损和微裂纹疲劳。关键词：反应烧结氮化硅力学性能摩擦磨损顾十论文反麻烧站氰化砖珠复台陶瓷村车l的制器‘，¨能研究Abstra

4、ctn圮paperdiscussedthatreaction-sinteredSilicon·nitridebasedcompositeceramicWaSpreparedbyquasi·statictemperature-risingcraftwiththepowderofSiasrawmaterial，SiCandAI雒additives．Themicrostructure，physicalproperties，mechanicalpropertiesandtribologicalpropertieshavebeenstudiedandanalysed．There

5、sultshowedthatthestrengthofSi3N4·SiCcompositeceramicwasimprovedbyaddingAIasallimportantalloyelement．Thecompositionofnitridedproducts，microstructureandmorphologyofreactionsampleswerestudiedbyX-myDiffraction(XRD)andScanElectronMicroscope(SEM)．Itwasobservedthata-Si3N4andB-Si3N4wereinterlac

6、edandlotsofporeswerefilledwithfibrousAINcrystal．ThevolumedensityofmaterialsWasincreaSedandthestrengthwasimproved．ResultofXRDshowsthatliquid-phasesinteringandformationofB—Si3N4werepromotedbyaddingAIasallimportantalloyelement．11ledensity,poreratio．bendingstrengthandhardnessexperimentswere

7、carriedont．ResultsshowthatthedensityandbendingstrengthofceramicscouldbeincreasedsignificantlyatarangeofamountofAIaddition．Beyondthisrange，thedensityandbendingstrengthofceramicswouldbedecreased．WhenkeepingtheportionofAltOSiconstant，thedensityandbendingstrengthofceramicswereincre