h-BN/Si3N4多孔复合陶瓷的微观组织结构与性能研究

论文摘要

本文以Si3N4、h-BN为原料,活性炭粉为造孔剂,采用冷等静压成型、无压烧结工艺成功制备出了h-BN/Si3N4复合材料。在此基础上,采用XRD、SEM等技术以及三点弯曲等方法,分别系统地研究了h-BN含量、造孔剂含量、助烧剂体系的选择对h-BN/Si3N4复合材料微观组织结构、力学性能、热学性能、介电性能的影响规律。论文中确定了在坯体的最佳成型工艺条件下的粘结剂用量、颗粒的级配、成型压力以及保压时间等参数,以及在保证材料最终性能的前提下制定了炭粉的最佳脱除工艺。通过对不同h-BN含量、不同造孔剂含量以及不同烧结助剂体系的h-BN/Si3N4复合材料的研究,最终确立了h-BN含量、造孔剂含量、烧结助剂的种类对h-BN/Si3N4复合材料微观组织结构和性能的影响规律。研究发现,h-BN的引入可以有效地改善材料的热学性能、介电性能以及材料的可加工性,材料的热学性能和介电性能都随着h-BN含量的提高而呈现降低的趋势,h-BN的加入使得材料的力学性能有所下降,所以可加工性提高;造孔剂含量的改变可以有效地控制材料中的气孔率,造孔剂形状的改变可以有效控制材料中孔隙的形状,并且通过控制材料的孔隙率可以有效地改善材料的热学性能和介电性能。通过对Al2O3+Y2O3和La2O3+Y2O3两种助烧剂体系研究发现,以Al2O3+Y2O3为助烧剂时,在促进材料致密化和相转变,提高材料强度以及改善材料的热学性能方面有着很大的帮助,但是在介电性能方面稍逊于以La2O3+Y2O3作为助烧剂所制备的材料。通过本文研究所得h-BN/Si3N4复合材料坯体及最终多孔陶瓷材料的制备工艺,以及h-BN、造孔剂含量等对h-BN/Si3N4多孔陶瓷材料力学、热学和介电性能等的影响规律结果,为相关体系多功能一体化航天防热陶瓷材料的研制开发提供了有益的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 3N₄陶瓷材料概述'>1.2 Si₃N₄陶瓷材料概述
• 3N₄陶瓷的晶体结构'>1.2.1 Si₃N₄陶瓷的晶体结构
• 3N₄陶瓷的性能特点及应用'>1.2.2 Si₃N₄陶瓷的性能特点及应用
• 3N₄陶瓷材料概述'>1.3 多孔Si₃N₄陶瓷材料概述
• 3N₄陶瓷的性能特点及应用'>1.3.1 多孔Si₃N₄陶瓷的性能特点及应用
• 3N₄陶瓷的制备技术'>1.3.2 多孔Si₃N₄陶瓷的制备技术
• 3N₄及Si₃N₄基复合材料天线罩概述'>1.4 Si₃N₄及Si₃N₄基复合材料天线罩概述
• 1.5 陶瓷天线罩的成型工艺
• 1.5.1 陶瓷天线罩的湿法成型
• 1.5.2 陶瓷天线罩的干法成型
• 1.6 本课题的研究目的及研究内容
• 1.6.1 课题研究目的
• 1.6.2 课题研究内容
• 第2章 实验材料、制备和测试方法
• 2.1 实验用原材料
• 2.2 复合材料的制备及处理工艺
• 2.3 材料的组织结构分析和性能测试方法
• 2.3.1 XRD物相分析
• 2.3.2 扫描电镜观察
• 2.3.3 致密度和显气孔率测定
• 2.3.4 抗弯强度及弹性模量的测定
• 2.3.5 热学性能测试
• 2.3.6 介电性能测试
• 3N₄多孔复合陶瓷组织结构及性能的影响'>第3章 h-BN含量对h-BN/Si₃N₄多孔复合陶瓷组织结构及性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 h-BN含量对材料组织结构的影响
• 3.2.1 XRD物相分析
• 3.2.2 h-BN含量对材料孔隙率和烧结收缩率的影响
• 3N₄多孔复合陶瓷的SEM分析'>3.2.3 h-BN/Si₃N₄多孔复合陶瓷的SEM分析
• 3.3 h-BN含量对材料力学性能的影响
• 3.4 h-BN含量对材料热学性能的影响
• 3.4.1 h-BN含量对材料热导率的影响
• 3.4.2 h-BN含量对材料热膨胀的影响
• 3.5 h-BN含量对材料介电性能的影响
• 3.6 本章小结
• 3N₄多孔复合陶瓷组织结构及性能的影响'>第4章 造孔剂含量对h-BN/Si₃N₄多孔复合陶瓷组织结构及性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 造孔剂含量对材料微观组织结构的影响
• 4.2.1 XRD物相分析
• 4.2.2 造孔剂含量对材料孔隙率及烧结收缩率的影响
• 3N₄多孔复合陶瓷的SEM分析'>4.2.3 h-BN/Si₃N₄多孔复合陶瓷的SEM分析
• 4.3 造孔剂含量对材料力学性能的影响
• 4.4 造孔剂含量对材料热学性能的影响
• 4.4.1 造孔剂含量对材料热导率的影响
• 4.4.2 造孔剂含量对材料热膨胀的影响
• 4.5 造孔剂含量对材料介电性能的影响
• 4.6 本章小结
• 3N₄多孔复合陶瓷组织结构及性能的影响'>第5章 助烧剂体系对h-BN/Si₃N₄多孔复合陶瓷组织结构及性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 助烧剂对材料微观组织结构的影响
• 5.2.1 XRD物相分析
• 5.2.2 不同助烧剂对材料孔隙率及烧结收缩率的影响
• 3N₄多孔复合陶瓷的SEM分析'>5.2.3 h-BN/Si₃N₄多孔复合陶瓷的SEM分析
• 5.3 助烧剂对材料力学性能的影响
• 5.4 助烧剂对材料热学性能的影响
• 5.4.1 助烧剂对材料热导率的影响
• 5.4.2 助烧剂对材料热膨胀的影响
• 5.5 助烧剂对材料介电性能的的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢