Si 3 N 4 /BN复合陶瓷的制备及其力学性能和热导率的研究

发布时间：2024-04-25 21:21

　　氮化硅(Si₃N₄)陶瓷是一种性能优异的先进陶瓷,因为其具有较高的强度、在高温下仍可以保持好的力学性能、优异的耐化学腐蚀性,在工程领域有着广泛的应用。然而氮化硅陶瓷的硬度高,加工成复杂形状的零件,提高了其在工业领域应用的成本。常见的氮化硼(BN)有六方氮化硼(h-BN)和立方氮化硼(c-BN)两种晶型,六方氮化硼有着类似于石墨的结构和性质,硼原子和氮原子通过强的sp²共价键结合在一起,相邻的层通过较弱的范德华力结合在一起。这种特殊的晶体结构为h-BN提供了一系列独特的性能,包括低介电系数、低正切损耗、约3000°C(非氧化气氛)的极高分解温度、优异的抗热震性能、高热导率和良好的可加工性。在Si₃N₄/BN复合陶瓷中,随着BN含量增加,层状结构的h-BN粒子的解理行为使复合材料具有良好的可加工性。本文用c-BN和α-Si₃N₄作为起始粉末,采用热压烧结在1800℃的氮气气氛下制备了Si₃N₄/...

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【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
1 引言
    1.1 陶瓷材料简介
    1.2 氮化硅简介
        1.2.1 氮化硅的发现及发展
        1.2.2 氮化硅的结构和性能
        1.2.3 氮化硅粉末的制备方法
    1.3 氮化硼的简介
        1.3.1 氮化硼的发现与发展
        1.3.2 氮化硼的结构与性能
        1.3.3 氮化硼相图以及相变
    1.4 氮化硅陶瓷的制备
        1.4.1 反应烧结
        1.4.2 常压烧结
        1.4.3 热压烧结
        1.4.4 放电等离子烧结
        1.4.5 热等静压烧结
        1.4.6 气压烧结
    1.5 Si₃N₄/BN复合陶瓷
        1.5.1 Si₃N₄/BN复合陶瓷介绍
        1.5.2 Si₃N₄/BN复合陶瓷的制备方法
        1.5.3 Si₃N₄/BN复合陶瓷研究现状
    1.6 研究内容及意义
2 Si₃N₄/BN复合陶瓷的实验方案
    2.1 实验材料
    2.2 实验仪器
    2.3 氮化硅陶瓷的制备
    2.4 性能测试与表征
        2.4.1 密度测试
        2.4.2 维氏硬度测试
        2.4.3 弯曲强度测试
        2.4.4 断裂韧性测试
        2.4.5 热导率测试
        2.4.6 物相分析
        2.4.7 表面形貌分析
3 Si₃N₄/BN复合陶瓷的制备和表征
    3.1 引言
    3.2 烧结助剂对复合陶瓷的力学性能的影响
        3.2.1 Si₃N₄/BN复合陶瓷的制备
        3.2.2 相分析
        3.2.3 相对密度
        3.2.4 维氏硬度
        3.2.5 弯曲强度和韧性
    3.3 BN含量对复合陶瓷的力学性能的影响
        3.3.1 Si₃N₄/BN复合陶瓷的制备
        3.3.2 相分析
        3.3.3 密度
        3.3.4 维氏硬度
        3.3.5 弯曲强度和韧性
        3.3.6 显微结构
    3.4 本章小结
4 Si₃N₄/BN复合陶瓷增韧机理
    4.1 引言
    4.2 自增韧
    4.3 片状BN的嵌入增韧
    4.4 氮化硼颗粒的层状碎裂增韧
    4.5 压应力增韧
    4.6 本章小结
5 Si₃N₄/BN复合陶瓷热导率及其有限元分析
    5.1 引言
    5.2 Si₃N₄/BN复合陶瓷热导率
    5.3 ANSYS有限元分析
        5.3.1 周期单胞的设计
        5.3.2 各向异性对Si₃N₄/BN复合陶瓷热导率的影响
        5.3.3 晶粒大小对Si₃N₄/BN复合陶瓷热导率的影响
    5.4 本章小结
6 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录
致谢



本文编号：3964262