氮化硅陶瓷的制备及其耐腐蚀性能研究

发布时间：2017-09-03 05:36

  本文关键词：氮化硅陶瓷的制备及其耐腐蚀性能研究

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【摘要】：氮化硅陶瓷是一种具有广阔发展前景的高强度结构陶瓷,这种材料强度和韧性很高,同时具有热稳定性高、硬度大、耐磨、耐腐蚀性好等优点。本文旨在通过寻求合适的烧结助剂体系和工艺条件来制备综合性能优异的氮化硅陶瓷。论文以α-Si3N4粉末为原料,采用无压烧结的制备工艺,分别制备了添加稀土氧化物烧结助剂的氮化硅陶瓷和添加稀土氟化物烧结助剂的氮化硅陶瓷,研究了材料的组成和制备工艺对结构与力学性能的影响,并着重对氮化硅陶瓷的耐腐蚀性能进行了研究。论文主要的研究工作和结果如下:(1)对稀土氧化物掺杂氮化硅陶瓷的配方及制备工艺进行研究。研究发现,当Si3N4,MgO,Y2O3,La2O3含量分别为90%,4%,3%,3%时,样品硬度HRA在1750℃达到最大值90,此时抗弯强度为640MPa。当Si3N4,MgO,Y2O3,CeO2,La2O3含量分别为90%,4%,3%,1%,2%时,样品的抗弯强度在1750℃烧结温度达到最大值722MPa,此时硬度HRA为86.5。(2)对Si3N4,MgO,Y2O3,CeO2,La2O3含量分别为90%,4%,3%,1%,2%的无压烧结氮化硅陶瓷样品进行了工艺设计,研究了工艺参数对性能的影响。研究发现,在1750℃,保温时间为2小时,等静压压强为200MPa的条件下,样品硬度HRA达到86.5,抗弯强度达到722MPa,综合力学性能最佳。(3)对稀土氟化物掺杂氮化硅陶瓷的配方及制备工艺进行研究。研究发现,当Si3N4,MgO,CeF3含量分别为92%,4%,4%时,样品的硬度HRA在1750℃达到最大值89.5。同样在此配方下,样品的抗弯强度在1750℃烧结温度达到最大值760.7MPa。比较稀土氟化物与稀土氧化物掺杂样品的性能,发现两者硬度相差不大;而稀土氟化物掺杂氮化硅陶瓷的抗弯强度更高。(4)研究了稀土氧化物以及稀土氟化物掺杂的氮化硅陶瓷在盐酸、氢氧化钠、氢氟酸以及碳酸钠、冰晶石熔融盐中的耐腐蚀性能。研究发现,两种氮化硅陶瓷样品在不同浓度盐酸溶液中都不会被腐蚀;两种氮化硅陶瓷样品在50℃,较高浓度氢氧化钠溶液中腐蚀后,样品增重相对明显,表面形貌发生改变,表明在这种条件下会被腐蚀;两种氮化硅陶瓷样品在不同浓度氢氟酸溶液中都会被腐蚀,掺稀土氟化物的样品腐蚀程度更高;两种氮化硅陶瓷样品在碳酸钠、冰晶石熔融盐中都会被腐蚀,在碳酸钠熔融盐中质量和表面形貌变化更明显,腐蚀程度更高。
【关键词】：氮化硅陶瓷 稀土氧化物 稀土氟化物 硬度 抗弯强度 耐腐蚀性能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 氮化硅的结构和性质13-15
• 1.2.1 氮化硅的晶体结构13-14
• 1.2.2 氮化硅的各种性质14-15
• 1.3 氮化硅陶瓷的制备15-18
• 1.3.1 氮化硅粉体的制备15-16
• 1.3.2 不同制备方法16-18
• 1.4 氮化硅陶瓷常用烧结助剂的作用18-20
• 1.5 氮化硅陶瓷的腐蚀行为20-21
• 1.5.1 陶瓷的腐蚀20-21
• 1.5.2 氮化硅材料的腐蚀21
• 1.6 氮化硅陶瓷的应用21-23
• 1.6.1 高温结构材料21-22
• 1.6.2 超声探头材料22
• 1.6.3 天线罩透波材料22-23
• 1.6.4 集成电路IC衬底23
• 1.7 氮化硅陶瓷研究需解决的问题以及发展趋势23-24
• 1.8 本论文研究目的与意义24-26
• 第二章 氮化硅陶瓷的制备及实验方案26-32
• 2.1 实验原料26-27
• 2.2 实验设备27-28
• 2.3 氮化硅陶瓷的制备工艺28
• 2.4 实验分析测试方法28-30
• 2.4.1 XRD分析28-29
• 2.4.2 样品表面形貌SEM分析29
• 2.4.3 样品密度的测定29
• 2.4.4 样品硬度的测试29-30
• 2.4.5 样品抗弯强度的测试30
• 2.4.6 样品耐腐蚀性能测试30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 添加稀土氧化物制备氮化硅的性能研究32-46
• 3.1 实验方案设计及制备工艺32-33
• 3.1.1 实验方案设计32
• 3.1.2 制备工艺32-33
• 3.2 不同稀土氧化物烧结助剂对氮化硅陶瓷结构与性能的影响33-39
• 3.2.1 氮化硅陶瓷的XRD分析33-35
• 3.2.2 SEM分析35-36
• 3.2.3 密度测试36-37
• 3.2.4 硬度测试37-38
• 3.2.5 抗弯强度测试38-39
• 3.3 无压烧结氮化硅陶瓷的工艺设计39-44
• 3.3.1 工艺方案设计39-40
• 3.3.2 XRD分析40-41
• 3.3.3 SEM分析41-42
• 3.3.4 密度测试42-43
• 3.3.5 硬度测试43-44
• 3.3.6 抗弯强度测试44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 添加稀土氟化物制备氮化硅的性能研究46-56
• 4.1 实验方案设计及制备工艺46-47
• 4.1.1 实验方案设计46
• 4.1.2 制备工艺46-47
• 4.2 不同稀土氟化物烧结助剂对氮化硅陶瓷性能的影响47-54
• 4.2.1 XRD分析47-48
• 4.2.2 SEM分析48-50
• 4.2.3 密度测试50-52
• 4.2.4 硬度测试52-53
• 4.2.5 抗弯强度测试53-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 氮化硅陶瓷耐腐蚀性能的研究56-72
• 5.1 氮化硅陶瓷耐腐蚀测试的实验方案设计56
• 5.2 氮化硅陶瓷耐盐酸腐蚀的性能研究56-59
• 5.2.1 样品质量百分比变化分析56-57
• 5.2.2 样品腐蚀前后表面形貌分析57-58
• 5.2.3 样品腐蚀前后XRD分析58-59
• 5.2.4 小结59
• 5.3 氮化硅陶瓷耐氢氧化钠腐蚀的性能研究59-63
• 5.3.1 样品质量百分比变化分析59-61
• 5.3.2 样品腐蚀前后表面形貌分析61-62
• 5.3.3 样品腐蚀前后XRD分析62-63
• 5.3.4 小结63
• 5.4 氮化硅陶瓷耐氢氟酸腐蚀的性能研究63-66
• 5.4.1 样品质量百分比变化分析63-65
• 5.4.2 样品腐蚀前后表面形貌分析65
• 5.4.3 样品腐蚀前后XRD分析65-66
• 5.4.4 小结66
• 5.5 氮化硅陶瓷耐熔盐腐蚀的性能研究66-71
• 5.5.1 样品质量百分比变化分析66-68
• 5.5.2 样品腐蚀前后表面形貌分析68-69
• 5.5.3 样品腐蚀前后XRD分析69-71
• 5.5.4 小结71
• 5.6 本章小结71-72
• 第六章 结论72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士期间发表论文情况79

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