氮化硅复相陶瓷材料的制备与性能研究

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1、摘要本论文以氮化硅在天线罩材料上的应用为背景，研究了堇青石和锂辉石作为烧结助剂在氮化硅材料烧结过程的作用，探讨了烧结机理。通过材料力学性能和介电性能的表征，证明复合烧结助剂更有利于促进材料低温烧结。分别通过Sol—gel法和固相法，在1250。C烧结制备得到堇青石粉体。将按照3：7的比例混合的堇青石和氮化硅复合粉体成型、烧结。在1350。C到15150c的烧结温度范围获得结构富含大量微孔的复相陶瓷材料。材料主晶相为Si2N20，经研究认为是Si3N4、Si02、Si2N20在高温综合作用的结果。Sol—gel法堇青石作为

2、烧结助剂的样品在烧成过程中以蒸发一凝聚传质为主，抗弯强度很低。而固相法堇青石作为烧结助剂的样品以溶解一沉淀为主要传质机理，在14900C烧成后保持了一定的强度(147．09MPa)，同时可以获得较好的介电性能(￡_5．174，tgS=1．340x10之)。在研究堇青石的基础上，通过S01．gel法和固相法，在12000C煅烧，制备得到锂辉石粉体。按照不同的比例混合堇青石和锂辉石为复合烧结助剂，与氮化硅复合粉体混合、成型、烧结。S01．gel法锂辉石作为烧结助剂没有对材料介电性能产生明显改善，烧结后的样品抗弯强度很低。固相

3、法锂辉石与堇青石作为复合助剂的材料经烧结后比堇青石单一助剂更加明显的降低了材料烧结温度，烧结后强度明显提高。但是烧结温度继续升高会引起强度的下降，证明锂辉石一方面可以降低烧结温度，实现较致密的烧结；另一方面随着温度的继续升高，锂辉石的玻璃相大量析出，会导致材料力学性能降低。经过比较，认为堇青石与锂辉石比例为2：1的复合烧结助剂，在13900C烧结后e=4．103，t96=2．641x10一，抗弯强度为129．77MPa，基本满足了材料的应用。关键词：氮化硅；堇青石；锂辉石；复相材料ABSTRACTThefundament

4、algoalofthestudyWastodevelopasinteringadditivesystemforsiliconnitridebasedceramicsinradomeapplicationuse．Cordieriteandspodumenewerefabricatedandmixedwithsiliconnitridepowders．Thereactionsinsinteringprocesswerediscussed，andthedielectricpropertiesandmechanicalprope

5、rtiesindicatedthatacompositesinteringadditivehadagreateffectindecreasingsinteringtemperature·．Thecordieritepowdersthatwerepreparedbybothsol-gelmethodandsolid-statereactionmethodwereusedassinteringadditives．ThemainphasewasidentifiedasSizN20inhi曲sinteringtemperatur

6、es，whichWasbelievedasaresultantofcomplexreactionofSisN4，Si02andSi2N20．Evaporating—condensationtransferringtookplaceinthesinteringprocessforthesamplesusingsol·gelmethodcordierite，buthi曲strengthcouldn’tbeachievedinthisway．Thesamplesusingsolid—statereactioncordierit

7、esinteredat14900Cachievedlowdielectricproperties(￡=5．174，t96=-I．340x10。)wimanappropriatestrength(147．09MPa)，whichcouldbeexplainedbysolution-precipitationtransferring．Thespodumenepowderswerefabricatedat12000Cbybothsol—gelmethodandsolid-statereactionmethod．Spodumen

8、eandcordieritemixedascompositeadditivewereusedinsinteringsiliconnitridematerial．Thesamplesusingsol—gelmethodspodumenecoulddecreasethesinteringtemperature，butdi