高性能氮化硅的制备及其性能研究

发布时间：2017-04-11 10:17

  本文关键词：高性能氮化硅的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为结构陶瓷，氮化硅陶瓷材料具有优良的耐磨、耐腐蚀、耐高温性能以及良好的抗热震性能，，广泛应用于航空航天、机械、电子电力、化工等领域。采用适当的烧结助剂可有效提高氮化硅陶瓷材料的热导率，增加材料断裂韧性，促进材料性能完善。 本文选择α-Si_3N_4为烧结原料，以CeO_2为烧结助剂，在烧结温度为1800℃，烧结时间为1h，单轴压力为30MPa条件下热压烧结制备出不同烧结助剂含量的高致密氮化硅陶瓷材料。本文通过对所制备氮化硅陶瓷材料的物相分析、微观形貌分析的表征，研究烧结助剂含量变化对氮化硅陶瓷材料晶界相构成、相变率及晶粒尺寸的作用机理，通过对材料性能的系统测试考察烧结助剂含量对材料力学性能及热导率的影响规律。 研究结果表明，以CeO_2为烧结助剂，氮化硅的相变转换率为100%；当CeO_2含量不超过8mol%时，氮化硅晶界相的构成主要为Ce_(4.67)(SiO_4)_3O、Si_2ON_2以及Ce_2Si_2O_7，其结晶析出状况随烧结助剂含量增加呈规律性变化；晶粒尺寸随烧结助剂含量增加变化微弱，长柱状晶数目增多。烧结助剂CeO_2通过对晶界相及微观结构的影响作用于氮化硅陶瓷材料相对密度、强度、硬度及断裂韧性，CeO_2含量变化对氮化硅陶瓷材料力学性能影响显著。当CeO_2含量不超过7mol%时，氮化硅陶瓷材料的热扩散系数及热导率随CeO_2含量增加而升高，CeO_2含量由1mol%增加至7mol%时，氮化硅陶瓷材料热扩散系数增加50%，热导率增加38.7%。且氮化硅热传导导机制为声子导热，其热导率的大小依赖于氮化硅晶粒的净化程度。
【关键词】：氮化硅陶瓷 氧化铈 热压烧结
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ174.758.12
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-23
• 1.1 氮化硅陶瓷材料8-12
• 1.1.1 氮化硅晶体结构8-9
• 1.1.2 氮化硅陶瓷材料的制备与研究发展9-12
• 1.2 氮化硅的热导率研究及进展12-20
• 1.2.1 影响氮化硅热导率的主要因素13-17
• 1.2.2 氮化硅陶瓷材料的烧结工艺17-19
• 1.2.3 氮化硅陶瓷材料的烧结助剂19-20
• 1.3 本文研究目的与研究内容20-23
• 1.3.1 研究目的与意义20-21
• 1.3.2 研究主要内容21-23
• 第2章 氮化硅陶瓷材料的制备及试验方法23-31
• 2.1 材料体系设计23-24
• 2.1.1 原料选取23-24
• 2.1.2 烧结助剂选取24
• 2.1.3 烧结工艺选取24
• 2.2 实验原料和制备工艺24-27
• 2.2.1 实验原料24-25
• 2.2.2 制备工艺25-27
• 2.3 试验方法27-29
• 2.3.1 结构与成分分析27-28
• 2.3.2 物理性能测试28-29
• 2.4 小结29-31
• 第3章 氮化硅陶瓷材料微观结构31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 微观结构分析31-35
• 3.2.1 材料微观形貌31-34
• 3.2.2 晶粒直径34-35
• 3.3 成分分析35-39
• 3.3.1 相变转换率35-36
• 3.3.2 晶界相36-39
• 3.4 小结39-41
• 第4章 氮化硅陶瓷材料性能41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 氮化硅陶瓷材料力学性能41-49
• 4.2.1 氮化硅陶瓷材料相对密度41-43
• 4.2.2 氮化硅陶瓷材料弯曲强度43-44
• 4.2.3 氮化硅陶瓷材料硬度44-45
• 4.2.4 氮化硅陶瓷材料断裂韧性45-49
• 4.3 氮化硅陶瓷材料导热性能49-53
• 4.3.1 比热容、热扩散系数及热导率49-52
• 4.3.2 氮化硅陶瓷材料声子平均自由程52-53
• 4.4 小结53-55
• 结论55-57
• 参考文献57-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64-66
• 致谢66

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谢宁;邵文柱;甄良;冯立超;;不同烧结助剂制备的Si_3N_4陶瓷的氧化行为[J];硅酸盐学报;2010年08期

2 ;永兴公司启动开发生产氮化硅及制品项目[J];有机硅氟资讯;2009年Z1期

3 李家亮;牛金叶;陈斐;;低温放电等离子烧结法制备氮化硅陶瓷[J];硅酸盐学报;2011年02期

4 王晓艳;罗发;刘代军;朱冬梅;周万城;;热压烧结氮化硅陶瓷的力学性能研究[J];稀有金属材料与工程;2007年S1期

5 尉磊;汪长安;董薇;孙加林;黄勇;;烧结助剂含量对多孔氮化硅结构及性能的影响[J];宇航材料工艺;2011年01期

6 江涌;祁宏颖;黄振坤;;含低α相氮化硅粉料的烧结特性[J];佛山陶瓷;2008年12期

7 李明利;徐明霞;梁辉;李晓雷;季惠明;;氮化硅粉添加剂对反应烧结氮化硅的影响[J];稀有金属材料与工程;2008年S1期

8 张向军;李金富;李国斌;李康;;自蔓燃高温合成法合成氮化硅粉体的研究[J];中国粉体技术;2008年06期

9 江涌;吴澜尔;康必文;;Al_2O_3对氮化硅陶瓷致密度的影响[J];山东陶瓷;2008年06期

10 毕红雨;张伟儒;孙峰;高增丽;;稀土氧化物在氮化硅陶瓷中应用的研究进展[J];硅酸盐通报;2009年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 曹彦泓;张劲英;刘汉学;巩甘雷;;大型高炉出铁口用氮化硅粉和铁体型氮化硅粉的研制与应用[A];钢铁工业用优质耐火材料生产与使用经验交流会文集[C];2005年

2 阚红华;杨辉;葛曼珍;林建龙;江仲华;;表面改性氮化硅粉制备高性能陶瓷[A];第四届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];1995年

3 钟凌生;仝建峰;韩敏芳;;Lu_2O_3为助剂的β-Si_3N_4晶种的制备与表征[A];陶瓷——金属封接与真空开关管用管壳技术进步专辑[C];2007年

4 陆有军;江涌;;氮化硅基导电陶瓷的研制[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年

5 王峰;;新颖形貌氮化硅陶瓷材料的合成[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

6 王峰;;新颖形貌氮化硅陶瓷材料的合成[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年

7 董英鸽;陈树江;张伟儒;;加入纳米氮化硅对氮化硅陶瓷性能与结构影响[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2005学术年会论文专辑[C];2005年

8 葛曼珍;杨辉;阚红华;江仲华;;超细粉表面包裹薄膜制备[A];第四届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];1995年

9 张中元;陈照峰;丘泰;李靖谊;;纳米氮化硅(Si_3N_4)超塑性压缩试验研究[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年

10 江涌;赵益辉;;原始粉料粒度对氮化硅陶瓷机械性能的影响[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 张雪英;国家863计划氮化硅项目落户明溪[N];三明日报;2011年

2 罗海基;日开发耐高温加钌氮化硅陶瓷[N];中国有色金属报;2003年

3 馨华;氮化硅基陶瓷材料前景看好[N];广东建设报;2000年

4 施萌;添加氧化镁及稀土氧化物的烧结氮化硅陶瓷[N];中国有色金属报;2002年

5 宋辉;氮化硅基陶瓷材料前景看好[N];中国建设报;2001年

6 魏敬敬;“新材料名都”的新亮点[N];淄博日报;2009年

7 薛文东 赵勇;β-sialon-Al_(2)O_(3)复合耐火材料（2）[N];世界金属导报;2007年

8 陶陶;“修炼”5分钟粉末变成瓷　[N];中国建材报;2002年

9 冀渝;不用增韧材料制取高韧性陶瓷获成功[N];广东建设报;2006年

10 周忠华;稀土——精细陶瓷的理想改性材料[N];广东建设报;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吴雪峰;激光加热辅助切削氮化硅陶瓷技术的基础研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

2 任克刚;多形态AlN、Si_3N_4粉体制备及其导热硅脂复合材料研究[D];清华大学;2009年

3 肖汉宁;碳化硅超细粉末的制备及热压烧结机理和强化增韧的研究[D];湖南大学;1991年

4 孙元;Au-Ni-V基高温活性钎料连接氮化硅陶瓷的工艺与机理研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

5 孔明日;钛酸锶钡半导瓷的低温烧结特性研究[D];华中科技大学;2009年

6 刘志平;氮化铝陶瓷及其表面金属化研究[D];天津大学;2008年

7 李小雷;AlN陶瓷的高压烧结研究[D];吉林大学;2008年

8 魏雪松;低温烧结Ba_(6-3x)(Nd_(1-y)Bi_y)_(8+2x)Ti_(18)O_(54)体系陶瓷研究[D];天津大学;2011年

9 李美娟;AIN/BN复相陶瓷的SPS制备、显微结构与性能调整[D];武汉理工大学;2006年

10 童建喜;中介电常数低温共烧微波介质陶瓷及其器件研究[D];浙江大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李勇霞;高性能氮化硅的制备及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 杜路;稀土氯氧化物助烧剂氮化硅陶瓷的烧结与性能研究[D];清华大学;2012年

3 王洪军;硅锭线切割回收料制备RBSN-SiC陶瓷的研究[D];山东理工大学;2010年

4 李和欣;氮化硅颗粒稳定泡沫陶瓷的研究[D];清华大学;2012年

5 白冰;稀土氟化物助烧剂氮化硅陶瓷的烧结及性能研究[D];清华大学;2012年

6 籍丽娟;反应烧结注浆氮化硅陶瓷材料的制备与性能研究[D];中北大学;2010年

7 范德蔚;高导热氮化硅陶瓷的制备及性能研究[D];山东理工大学;2012年

8 李凤侠;低温合成氮化硅、氮化铝纳米材料[D];山东大学;2010年

9 李国斌;注浆成型制备高性能氮化硅陶瓷技术研究[D];南京理工大学;2012年

10 李淳伟;Si_3N_4复合陶瓷的增韧方法及其机理研究[D];中南大学;2011年

  本文关键词：高性能氮化硅的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：298881