论文摘要
本文采用热压烧结工艺制备了不同LES含量和不同稀土掺杂的SiAlON/LES复合材料。利用XRD、SEM、TEM分析了复合材料的微观组织结构;采用维氏压痕法、三点弯曲法和单边缺口梁法评定了复合材料的力学性能;通过高温氧化试验系统地研究了LES含量和稀土氧化物类型对复合材料抗氧化性能的影响,并探讨了氧化机理。研究发现,以LES为助烧剂,不同稀土（Yb2O3、Y2O3、Dy2O3、Nd2O3）掺杂的SiAlON材料主要含有α-SiAlON、β-SiAlON以及晶化的LES相;而且随着LES含量的增多和稀土阳离子半径的增大,β-SiAlON相的对含量显著增多,同时,长棒状α-SiAlON晶粒的长径比略有增大。本文所制备的SiAlON/LES复合材料实现了完全致密,并具有优异的力学性能:维氏硬度达到20GPa左右,断裂韧性在68MPa·m1/2之间,而三点弯曲强度最高达到851.29MPa。高温氧化试验发现,SiAlON/LES复合材料的氧化属于钝化氧化,氧化增重曲线呈抛物线变化规律,其中Yb-SiAlON的氧化增重最小,1300℃氧化32h后增重仅为0.599mg/cm2。SiAlON/LES复合材料高温氧化后析出的物相组成及形貌与LES含量和稀土氧化物的类型联系紧密,SiAlON/LES复合材料氧化均析出稀土硅酸盐晶体,Nd-α-SiAlON没有生成Nd单一掺杂时经常出现的NdAlO3相。不同LES含量的SiAlON/LES复合材料的抗氧化性能规律是:Y5>Y10>Y15;不同稀土掺杂的SiAlON/LES复合材料的抗氧化性能规律是:Yb5>>Y5>Dy5>Nd5。复合材料氧化过程分为三个阶段:初期氧化反应控制阶段,中期氧化反应和扩散混合控制阶段,后期扩散控制阶段。在后期,LES含量和稀土阳离子类型对材料的氧化起着重要作用。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题背景3N4和SiAlON陶瓷基本结构及性能'>1.2 Si3N4和SiAlON陶瓷基本结构及性能3N4的结构'>1.2.1 Si3N4的结构1.2.2 SiAlON陶瓷1.2.3 α-SiAlON陶瓷1.2.4 β-SiAlON陶瓷1.2.5 其它SiAlON陶瓷1.3 SiAlON陶瓷的应用1.4 稀土掺杂α-SiAlON陶瓷的研究进展2O3掺杂的α-SiAlON陶瓷'>1.4.1 Y2O3掺杂的α-SiAlON陶瓷2O3掺杂的α-SiAlON陶瓷'>1.4.2 Dy2O3掺杂的α-SiAlON陶瓷2O3掺杂的α-SiAlON陶瓷'>1.4.3 Nd2O3掺杂的α-SiAlON陶瓷1.4.4 稀土复合掺杂的α-SiAlON陶瓷1.5 SiAlON 抗氧化性能的研究进展3N4陶瓷抗氧化性能研究'>1.5.1 Si3N4陶瓷抗氧化性能研究1.5.2 α-SiAlON的抗氧化性能研究1.5.3 β-SiAlON的抗氧化性能研究1.6 本论文研究目的、意义及内容1.6.1 研究目的及意义1.6.2 主要研究内容第2章 试验原材料及研究方法2.1 材料的制备2.1.1 原材料2.1.2 成分设计2.1.3 原料混合2.1.4 烧结工艺2.2 试验方法2.2.1 基本力学性能测试2.2.2 TG-DTA曲线的测定2.2.3 高温氧化试验2.2.4 XRD物相分析2.2.5 微观组织分析第3章 SiAlON/LES复合材料的组织与力学性能3.1 SiAlON/LES复合材料的显微结构3.1.1 XRD物相分析3.1.2 SEM表面形貌观察3.1.3 TEM组织结构分析3.2 SiAlON/LES复合材料的物理及力学性能3.2.1 相对密度3.2.2 维氏硬度3.2.3 三点弯曲强度和弹性模量3.2.4 断裂韧性3.2.5 SiAlON/LES复合材料的增韧机制3.3 本章小结第4章 SiAlON/LES复合材料的氧化损伤及机理4.1 SiAlON/LES复合材料氧化温度的确定4.2 SiAlON/LES复合材料的氧化增重及氧化动力学4.3 SiAlON/LES复合材料氧化表面的相组成及组织结构4.3.1 LES含量的影响4.3.2 氧化时间的影响4.3.3 氧化温度的影响4.3.4 稀土元素的影响4.3.5 Nd-SiAlON陶瓷4.4 SiAlON/LES复合材料氧化层的截面观察4.5 氧化机理4.6 本章小结结论参考文献致谢
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