放电等离子烧结SiC/BN复相陶瓷的制备及力学性能
发布时间：2021-06-07 03:11
以高纯h-BN和SiC纳米粉体为原料、B2O3为烧结助剂,利用放电等离子烧结技术（SPS）快速烧结制备了h-BN–25%SiC复相陶瓷。用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究了h-BN–SiC复相陶瓷的SPS低温烧结行为及烧结温度对烧结试样的致密度、微观结构及力学性能的影响。结果表明:采用SPS烧结技术,在较低温度下即可获得致密度较高的烧结样品,烧结温度的升高,促进了h-BN晶粒的方向性排列,提高了烧结样品的相对密度。随着烧结温度的提高,晶粒尺寸增大,抗弯强度、断裂韧性和弹性模量增大,并具有相同的变化趋势。样品晶粒细小均匀,不同烧结温度样品的断裂方式相同,主要为沿晶断裂,细小SiC颗粒的钉扎效应、晶粒拔出和裂纹偏转提高了复相陶瓷的断裂强度和断裂韧性。在1 600℃烧结所得试样的综合性能较好,其抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别为289.2 MPa、3.45 MPa·m1/2和150.9 GPa。
【文章来源】：硅酸盐学报. 2016,44(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
-BN粉的SEM照片
的气体受热膨胀，导致样品整体上的膨胀，而且温度越高，膨胀越大，另外由于氧化硼为低熔点烧结助剂，在高温时形成的气体未能及时溢出，增加了烧结体膨胀；B阶段温度约从1100到1300℃，在此阶段膨胀和收缩大致相当；超过1300℃后进入C阶段，原先保持的膨胀和收缩平衡状态被破坏，此时由于气体溢出、晶粒的移动和扩散使烧结样品急剧收缩和快速致密化；直到1550℃左右收缩趋于平缓，此时的收缩主要体现为晶界的移动。如果继续提高烧结温度，有可能会出现晶粒长大，引起的膨胀占主导优势，导致样品重新出现轻微膨胀。图2h-BN–25%SiC粉料在SPS烧结过程中z轴位移和温度变化曲线Fig.2z-axisdisplacementofh-BN–25%SiCpowersandtemperaturecurvesduringSPSprocess2.2物相及显微结构分析图3为不同烧结温度所得h-BN–25%SiC复相陶瓷样品的X射线衍射(XRD)谱。由图3可以看出，不同烧结温度下各烧结样品的物相组成基本相同，相组成均主要出现了h-BN(JCPDS34–0421)和SiC(JCPDS29–1129和JCPDS29–1131)两相，并没有其它新相生成，表明h-BN和SiC能够稳定存在。但和原始混合粉末对比，作为烧结助剂的B2O3并未发现，可能是由于B2O3熔点低，在高温(大于1000℃)会部分挥发，剩余的B2O3则会形成玻璃相，导致高温烧结后B2O3相的衍射峰无法观测到。B2O3属低熔点化合物，含量过大会严重降低复相陶瓷的高温性能。由于B2O3本身添加量较少，再加上高温部分挥发，使得B2O3残留量很少，对复相陶瓷高温性能的影响也较校此外，由图3对h-BN的(002)晶面衍射峰分析可知，随烧结温度的升高，衍射峰强度逐渐增大，衍射峰半高宽(FWHM)逐渐减小，由jade软件分析可知，该方向的晶粒尺寸随烧结温度升
1100到1300℃，在此阶段膨胀和收缩大致相当；超过1300℃后进入C阶段，原先保持的膨胀和收缩平衡状态被破坏，此时由于气体溢出、晶粒的移动和扩散使烧结样品急剧收缩和快速致密化；直到1550℃左右收缩趋于平缓，此时的收缩主要体现为晶界的移动。如果继续提高烧结温度，有可能会出现晶粒长大，引起的膨胀占主导优势，导致样品重新出现轻微膨胀。图2h-BN–25%SiC粉料在SPS烧结过程中z轴位移和温度变化曲线Fig.2z-axisdisplacementofh-BN–25%SiCpowersandtemperaturecurvesduringSPSprocess2.2物相及显微结构分析图3为不同烧结温度所得h-BN–25%SiC复相陶瓷样品的X射线衍射(XRD)谱。由图3可以看出，不同烧结温度下各烧结样品的物相组成基本相同，相组成均主要出现了h-BN(JCPDS34–0421)和SiC(JCPDS29–1129和JCPDS29–1131)两相，并没有其它新相生成，表明h-BN和SiC能够稳定存在。但和原始混合粉末对比，作为烧结助剂的B2O3并未发现，可能是由于B2O3熔点低，在高温(大于1000℃)会部分挥发，剩余的B2O3则会形成玻璃相，导致高温烧结后B2O3相的衍射峰无法观测到。B2O3属低熔点化合物，含量过大会严重降低复相陶瓷的高温性能。由于B2O3本身添加量较少，再加上高温部分挥发，使得B2O3残留量很少，对复相陶瓷高温性能的影响也较校此外，由图3对h-BN的(002)晶面衍射峰分析可知，随烧结温度的升高，衍射峰强度逐渐增大，衍射峰半高宽(FWHM)逐渐减小，由jade软件分析可知，该方向的晶粒尺寸随烧结温度升高逐渐增大。表明提高烧结温度，将增强h-BN片状晶粒的结晶性，促进晶粒的生长。图3不同烧结温度下SiC/h-BN复相陶瓷的XRD谱Fig.3XRDpatternsofSiC/h-BNmultiphaseceramic
【参考文献】：
期刊论文
[1]烧结温度对BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷结构与性能的影响[J]. 翟凤瑞,易中周,徐若梦,李双,谢志鹏. 硅酸盐学报. 2014(12)
[2]AlN添加量对BN基复合陶瓷物相组成、微观结构及力学性能的影响[J]. 田卓,贾德昌,段小明,杨治华,周玉. 硅酸盐学报. 2013(12)
[3]热压烧结BN-AlN复相陶瓷致密化研究[J]. 沈春英,唐惠东,丘泰,徐洁,李晓云. 硅酸盐通报. 2003(02)
[4]放电等离子烧结材料的最新进展[J]. 罗锡裕. 粉末冶金工业. 2001(06)
[5]BN-YAlON复合陶瓷的烧结行为[J]. 叶乃清,曾照强,胡晓清,苗赫濯. 硅酸盐学报. 1998(02)
[6]放电等离子烧结技术[J]. 高濂,宫本大树. 无机材料学报. 1997(02)
[7]添加物对氮化硼材料性能的影响[J]. 张会军. 耐火材料. 1994(02)
本文编号：3215729
【文章来源】：硅酸盐学报. 2016,44(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
-BN粉的SEM照片
的气体受热膨胀，导致样品整体上的膨胀，而且温度越高，膨胀越大，另外由于氧化硼为低熔点烧结助剂，在高温时形成的气体未能及时溢出，增加了烧结体膨胀；B阶段温度约从1100到1300℃，在此阶段膨胀和收缩大致相当；超过1300℃后进入C阶段，原先保持的膨胀和收缩平衡状态被破坏，此时由于气体溢出、晶粒的移动和扩散使烧结样品急剧收缩和快速致密化；直到1550℃左右收缩趋于平缓，此时的收缩主要体现为晶界的移动。如果继续提高烧结温度，有可能会出现晶粒长大，引起的膨胀占主导优势，导致样品重新出现轻微膨胀。图2h-BN–25%SiC粉料在SPS烧结过程中z轴位移和温度变化曲线Fig.2z-axisdisplacementofh-BN–25%SiCpowersandtemperaturecurvesduringSPSprocess2.2物相及显微结构分析图3为不同烧结温度所得h-BN–25%SiC复相陶瓷样品的X射线衍射(XRD)谱。由图3可以看出，不同烧结温度下各烧结样品的物相组成基本相同，相组成均主要出现了h-BN(JCPDS34–0421)和SiC(JCPDS29–1129和JCPDS29–1131)两相，并没有其它新相生成，表明h-BN和SiC能够稳定存在。但和原始混合粉末对比，作为烧结助剂的B2O3并未发现，可能是由于B2O3熔点低，在高温(大于1000℃)会部分挥发，剩余的B2O3则会形成玻璃相，导致高温烧结后B2O3相的衍射峰无法观测到。B2O3属低熔点化合物，含量过大会严重降低复相陶瓷的高温性能。由于B2O3本身添加量较少，再加上高温部分挥发，使得B2O3残留量很少，对复相陶瓷高温性能的影响也较校此外，由图3对h-BN的(002)晶面衍射峰分析可知，随烧结温度的升高，衍射峰强度逐渐增大，衍射峰半高宽(FWHM)逐渐减小，由jade软件分析可知，该方向的晶粒尺寸随烧结温度升
1100到1300℃，在此阶段膨胀和收缩大致相当；超过1300℃后进入C阶段，原先保持的膨胀和收缩平衡状态被破坏，此时由于气体溢出、晶粒的移动和扩散使烧结样品急剧收缩和快速致密化；直到1550℃左右收缩趋于平缓，此时的收缩主要体现为晶界的移动。如果继续提高烧结温度，有可能会出现晶粒长大，引起的膨胀占主导优势，导致样品重新出现轻微膨胀。图2h-BN–25%SiC粉料在SPS烧结过程中z轴位移和温度变化曲线Fig.2z-axisdisplacementofh-BN–25%SiCpowersandtemperaturecurvesduringSPSprocess2.2物相及显微结构分析图3为不同烧结温度所得h-BN–25%SiC复相陶瓷样品的X射线衍射(XRD)谱。由图3可以看出，不同烧结温度下各烧结样品的物相组成基本相同，相组成均主要出现了h-BN(JCPDS34–0421)和SiC(JCPDS29–1129和JCPDS29–1131)两相，并没有其它新相生成，表明h-BN和SiC能够稳定存在。但和原始混合粉末对比，作为烧结助剂的B2O3并未发现，可能是由于B2O3熔点低，在高温(大于1000℃)会部分挥发，剩余的B2O3则会形成玻璃相，导致高温烧结后B2O3相的衍射峰无法观测到。B2O3属低熔点化合物，含量过大会严重降低复相陶瓷的高温性能。由于B2O3本身添加量较少，再加上高温部分挥发，使得B2O3残留量很少，对复相陶瓷高温性能的影响也较校此外，由图3对h-BN的(002)晶面衍射峰分析可知，随烧结温度的升高，衍射峰强度逐渐增大，衍射峰半高宽(FWHM)逐渐减小，由jade软件分析可知，该方向的晶粒尺寸随烧结温度升高逐渐增大。表明提高烧结温度，将增强h-BN片状晶粒的结晶性，促进晶粒的生长。图3不同烧结温度下SiC/h-BN复相陶瓷的XRD谱Fig.3XRDpatternsofSiC/h-BNmultiphaseceramic
【参考文献】：
期刊论文
[1]烧结温度对BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷结构与性能的影响[J]. 翟凤瑞,易中周,徐若梦,李双,谢志鹏. 硅酸盐学报. 2014(12)
[2]AlN添加量对BN基复合陶瓷物相组成、微观结构及力学性能的影响[J]. 田卓,贾德昌,段小明,杨治华,周玉. 硅酸盐学报. 2013(12)
[3]热压烧结BN-AlN复相陶瓷致密化研究[J]. 沈春英,唐惠东,丘泰,徐洁,李晓云. 硅酸盐通报. 2003(02)
[4]放电等离子烧结材料的最新进展[J]. 罗锡裕. 粉末冶金工业. 2001(06)
[5]BN-YAlON复合陶瓷的烧结行为[J]. 叶乃清,曾照强,胡晓清,苗赫濯. 硅酸盐学报. 1998(02)
[6]放电等离子烧结技术[J]. 高濂,宫本大树. 无机材料学报. 1997(02)
[7]添加物对氮化硼材料性能的影响[J]. 张会军. 耐火材料. 1994(02)
本文编号：3215729
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