低密度O’-Sialon复相陶瓷的原位合成与性能研究

论文摘要

本文采用原位合成技术成功制备了低密度O’-Sialon复相陶瓷。从影响新相合成的角度出发,借助X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）和扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）研究了原料组成、复合烧结助剂和烧结温度对材料的物相组成以及微观结构的影响,讨论了O’-Sialon晶粒的成核与生长机理,并研究了复相陶瓷的烧结性能、力学性能和介电性能。在相同条件下,采用粘土或Al（OH）3作Al源对相组成影响不大,但采用粘土更有利于降低材料的气孔率;增加Al源配比可以更好的促进烧结,并明显提高O’-Sialon相含量;本实验对O’-Sialon相的晶格常数的进行计算,对其真实x值进行修正,表明在原料中增加Al源配比可以适当提高O’-Sialon (Si2-xAlxO1+xN2-x)相的x值。为了提高样品的力学性能,降低气孔率,研究了MgO+Y2O3复合烧结助剂,结果表明复合烧结助剂能显著地提高O’-Sialon相含量,并降低材料的气孔率,提高力学性能。通过微观形貌分析可以看出,样品中出现大量长柱状晶粒。借助物相定量分析以及EDS（energy disperse spectroscope, EDS）分析,可知长柱晶粒即为O’-Sialon,表明复合烧结助剂明显促进了O’-Sialon晶粒的成核与生长。通过对不同烧结温度样品的物相组成和微观结构分析表明,增加烧结温度对长柱晶粒长度尺寸影响不大,但是径向尺寸会随烧结温度的升高而增加。借助O’-Sialon晶粒的成核与生长机理,讨论了复合烧结助剂和烧结温度对O’-Sialon晶粒的成核与生长的作用机制。最后,对不同样品的烧结性能、力学性能和介电性能进行了研究,表明力学性能受气孔率影响较大,随着气孔率的增加抗弯强度呈指数关系下降;材料的介电常数随气孔率增加而下降;对主晶相介电常数的研究表明O’-Sialon有利于降低介电常数,并且烧结状态和镁铝尖晶石相对介电常数也有一定的影响。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氮化硅陶瓷概况
• 1.2.1 氮化硅晶体结构
• 1.2.2 氮化硅陶瓷的性能
• 1.2.3 氮化硅陶瓷的烧结
• 1.2.4 氮化硅陶瓷的应用
• 1.3 Sialon陶瓷概况
• 1.3.1 Sialon陶瓷的组成与分类
• 1.3.2 Sialon陶瓷的性能
• 1.3.3 Sialon陶瓷的制备方法
• 1.4 Sialon基复相陶瓷概况
• 1.4.1 Sialon基复相陶瓷的研究现状
• 1.4.2 Sialon基复相陶瓷的应用
• 1.5 课题的提出
• 第二章 实验过程
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验工艺流程
• 2.3 性能测试
• 2.3.1 X射线衍射（XRD）分析
• 2.3.2 扫描电镜分析（SEM）及粉体表面元素分析（EDS）
• 2.3.3 室温抗弯强度测试
• 2.3.4 断裂韧性测试
• 2.3.5 维氏硬度测试
• 2.3.6 气孔率测试
• 2.3.7 介电性能测试
• 第三章 O’-Sialon复相陶瓷原位合成技术的研究
• 3.1 原料组成对合成O’-Sialon相的影响
• 3.1.1 物相分析
• 3.1.2 微观结构分析
• 3.2 复合烧结助剂对合成O’-Sialon相的影响
• 3.2.1 物相分析
• 3.2.2 微观结构分析
• 3.3 烧结温度对合成O’-Sialon相的影响
• 3.3.1 物相分析
• 3.3.2 微观结构分析
• 3.4 O’-Sialon晶粒的成核与生长机理
• 3.5 本章小结
• 第四章 低密度O’-Sialon复相陶瓷性能的研究
• 4.1 原料组成与复合烧结助剂对材料性能的影响
• 4.1.1 原料组成与复合烧结助剂对材料烧结性能的影响
• 4.1.2 原料组成与复合烧结助剂对材料力学性能的影响
• 4.1.3 原料组成与复合烧结助剂对材料介电性能的影响
• 4.2 烧结温度对材料烧结性能的影响
• 4.2.1 烧结温度对材料烧结性能的影响
• 4.2.2 烧结温度对材料力学性能的影响
• 4.2.3 烧结温度对材料介电性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢