热压烧结氧化铝氮化硅纳米复合陶瓷的研究

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1、武汉理工大学硕士论文摘要本文以A1203／si3N4纳米复合陶瓷为研究对象，以工业化生产的纳米氧化铝和氮化硅粉为原料，采用热压烧结致密化工艺，通过对其晶界致密化过程及晶粒长大过程的机理分析以及强化机理的研究，掌握和控制其组成、致密化工艺、显微结构和性能之间的相互关系和变化规律，制备出即致密又具有细小晶粒结构的A1203／SisN,纳米复合陶瓷。经过力学性能测试，在1600"C温度下烧结的试样是三组中最好的。其中Si3N4含量为3％的试样的性能最好，硬度达到了15．59GPa，断裂韧性达到了4．21Mpa．m”，其值分别比纯氧化铝烧结的硬度和断裂韧性提高了近一倍和34％，增

2、强增韧效果明显。研究结果表明，A1203／Si3N4纳米复合陶瓷的致密化主要是通过液相烧结实现的，A1203和Si3N4反应生成0一SIALON液相，促进烧结致密化。冷却后，B．SIALON相粒子既存在于A1203基体的晶界上也存在于A1203晶粒内。随着si3N4含量的不同，分别形成了“晶间”型和“晶间一晶内”混合型的纳米复合陶瓷。在烧结中有液相生成，使得在烧结体中形成了长柱状A1203晶粒，这种常驻状的晶粒的长径比在2．5～4范围内，并且相互交错排列，起到了“自增韧”的效果；由于m203和0．SIALON的线膨胀系数和弹性模量不同，使得A1203基体晶粒和0．SIAL

3、ON相颗粒间形成的次界面上产生很大的应力，产生了晶粒的“纳米武汉理工大学硕士论文化效应”并使断裂模式从沿晶断裂转变为穿晶断裂。另外裂纹的偏转和第二相粒子裂纹的“钉扎”作用也对材料的力学性能的提高起到了一定的作用。关键词：纳米复合陶瓷；A1203；Si3N4：热压烧结II武汉理工大学硕士论史AbstractA120JSi3N4nanocompositesceramicsisstudiedinthispaper．Weusedcommerce-producedA1203andSi3N4powders，hot—pressingsirttetedmethodtofabricatet

4、heAt20CSi3N4nanocomposites．Byanalysistherelationshipofthesinteringprocessmadthegraingrowprocess，weshouldmastertheprincipleofhowtofabricategoodpropertiesA1203／Si3N4nanocompositesceramicswi也tightstructureandsmall—sizegrains．TestshoWthatthesamplessinteredunder1600℃iSthebest．SampleB4，theconte

5、ntofSi3N4is3wt％，isthebestofbest．itshardnessis15．59GPa．fractaretoughnessis4．21Mpa．m“comparedwithpureA1203ceramics，thehardnessandthefracturetoughnessisimprovedmuch．ItwasobservedbySEMthattheA1203掣a血swereintheshapeofelongatedcolumnswithaspectratiosintherange2．5-4．ThepresenceofliquidBaseduring

6、sinteringwasfoundtoresponsiblefortheappearanceofcolumnargrains．p—SIALONgrainsformedduringsinteringweremainlysituatedatgrainboundariesofthematrixmaterialwhileirregularsmallerparticlestrappedwithintheA1203grains．Theimprovementinthemechanicalpropertiesisattributedtothechangeinfracturemodefro

7、mintergranularfracturetotransgranularfracture．The‘‘self-reinforcementeffect'’arisingfromtheelongatedcolumnargrainsofthematrixaswellasthe“pinningeffect”duetotheexistenceofintergranular13-SIALONparticles．theIII武汉理工人学顺士论文differenceofthetwophases’mechanicalpropertieslea