水溶性胶态成型工艺制备氮化硅耐磨结构陶瓷

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1、第23卷第5期2008年9月无机材料学报JournalofInorganicMaterialsV01．23，No．5Sep．，2008文章编号：1000—324X(2008)05—0955—05水溶性胶态成型工艺制备氮化硅耐磨结构陶瓷郝洪顺，徐利华，仉小猛，刘明，扶志(北京科技大学无机非金属材料系，北京100083)摘要：以氮化硅粉末为原料，采用水溶性胶态成型工艺制备高耐磨氮化硅陶瓷．采用正交设计的方法来优化制备高品质注浆料，并研究了掺杂分散剂后Zeta电位的变化．同时，还对氮化硅陶瓷烧结体的显微结构、力学性能和耐磨性能进行了研究．结果表明：当氮化硅浆料中固相体积分数为

2、45％时，可制得体积密度较高的精细氮化硅陶瓷材料，断裂韧性可达7．21MPa．1211／2，硬度为9．30GPa．通过抗耐磨损实验研究表明t干摩擦条件下，氮化硅陶瓷发生了晶粒脆性断裂和脱落；水润滑条件下，摩擦表面产生了氢氧化硅反应膜，降低了磨损，主要是化学腐蚀磨损．关键词：氮化硅；胶态成型；磨损机理；正交设计中图分类号：TB321文献标识码zAPreparationofSiliconNitrideCeramicswithHighWearResistancebyAqueousColloidalProcessHAOHong-Shun，XULi—Hua，ZHANGXiao-M

3、eng，LIUMing，FUZhi(DepartmentofInorganicNon-metallicMaterials，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China)Abstract：Advancedsiliconnitrideceramicswithhighwearresistancewerefabricatedbycolloidalprocess．Orthogonaldesignwasutilizedtooptimizetheprocessparameters．ThechangeofZeta

4、potentialforSi3N4particlesafteraddingdispersantwasanalyzed．Furthermore，themicrostructure，mechanicalpropertiesandwearresistanceofsiliconnitrideceramicswereinvestigated．Theresultsindicatethatthegreenbodywithhighdensitycanbeformedwhenthevolumefractionofsolidphaseofsiliconnitrideslurryisequa

5、lto45％．Andsiliconnitrideceramicswithfracturetoughnessof7．21MPa·m1／2，hardnessof9．30GPaisobtainedintheoptimumcondition．Thefrictionandweartestsshowthatsiliconnitrideceramicshappentocrispruptureandbreakoffinthedrycondition；whileinthewater-lubricatedcondition，thefilmofSi(OH)4isformedonthefric

6、tionsurface，andthewearmechanismismainlychemicalfrettingweal"．Keywords：siliconnitride；colloidalprocess；wearmechanism；orthogonaldesign1引言随着科学技术的迅速发展，对摩擦材料性能提出越来越高的要求，传统的摩擦材料已不能满足实际需要．因此，研究开发具有优异综合性能的新型摩擦材料是十分重要而又迫切的．氮化硅(Si3N4)结构陶瓷在新型陶瓷中占有重要的地位，具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低密度、耐高温、抗氧化等优良特性，是一种理想的高温结构材

7、料和高速切削工具陶瓷材料，越来越多地用作抗磨部件，在摩擦学领域得到广泛的应用【1I．成型技术是制备收稿日期，2007-09-28，收到修改稿日期，2007-11—12基金项目：国家科技支撵计划(2006BABl2805，2006BABl2803)；国家自然科学基金(50332010)作者简介：郝洪顺(1979--)，男，博士研究生．E-mail：beikel952@163．coin通讯联系人，徐利华，教授．E-maihxulihual966@263．net956无机材料学报23卷陶瓷材料的前提，也是制备复杂形状陶瓷部件的关键技术．传统的S