添加Mg 2 Si低温烧结Si 3 N 4 陶瓷及其性能研究
发布时间：2021-12-23 22:07
Si3N4陶瓷是一种重要的结构功能材料,具有低密度、高强度、高导热等良好的物理性能,在工业领域应用方面有着重要作用,如高端轴承、散热基板、热电偶保护套以及化工反应容器等。但是目前关于Si3N4陶瓷的制备仍然有诸多问题需要解决,其中最主要的就是致密化烧结温度高（一般在1700°C以上）、能耗大。这是因为烧结是通过烧结助剂与Si3N4表面的氧化膜反应形成低共熔液相,再通过液相传质来实现的,而当前所采用的大部分烧结助剂与Si3N4表面SiO2形成液相的温度比较高。本文选择Mg2Si作为烧结助剂,其具有较高的反应活性及较低熔点,能够在较低的温度下与Si3N4表面的SiO2反应去除氧化膜,同时能够在较低的温度下形成液相,从而实现了Si3N4的低温液相烧结。本论文主要采用等离子体活化烧结（PAS）,研究了烧结压力、保...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氮化硅晶体结构，（a）α-Si3N4，（b）β-Si3N4Fig.1-1CrystalstructureofSi3N4,(a)α-Si3N4，(b)β-Si3N4
3表1-1几种常见陶瓷基板材料性能比较Table1-1Physicalpropertiesofseveralcommonceramicsubstrate图1-2几种市售陶瓷基板热导、机械性能综合比较Fig.1-2Comprehensivecomparisonofthermalconductivityandmechanicalpropertiesofseveralcommerciallyavailableceramicsubstratesmaterials性质Al2O3AlNSi3N4热导率（W/mK）（室温）10~50120~20020~100体电阻率（m）（室温）>1012>1012>1012相对介电常数（室温，1MHz）8.58.85.6~7.9tgδ（10-4）（室温，1MHz）35~103~8热膨胀系数（10-6K-1）7.34~62~3弹性模量（MPa）390330300弯曲强度（MPa）196~294392~490600~900
7利的影响。图1-3液相烧结过程微观结构演变示意图Fig.1-3Theschematicdiagramofevolutionofmicrostructureduringtheliquidphasesinteringprocess烧结过程结束之后，液相一般以晶界相（玻璃相或结晶相）形式存在于陶瓷体内部。因此也有相关的研究采用了一些特殊的烧结助剂，其液相离子可以融入Si3N4晶体结构之中，作为一种Si3N4的固溶体的形式存在，例如Sailon陶瓷，Al，O融入Si3N4晶格之中，Al-O键取代Si-N键，减少了陶瓷内部晶界相的不利影响，提高了陶瓷的机械性能。1.2.2烧结方法随着陶瓷制备技术地发展，针对Si3N4的特点，也有多种烧结技术被发开发出来，主要包含有以下几种：（1）反应烧结(Reactionbonding,RBSN)[10,18-21]及其衍生出来的反应重烧结(Sinteredreactionbonding,SRBSN)(1950s）（2）热压烧结(Hotpressing,HPSN)(1960s)[22-24]（3）热等静压烧结(Hot-isostaticpressing[11,25],HIPSN)（4）无压烧结(Pressure-lessSintering[25-28],SSN)(1980s)（5）微波烧结(Microwavesintering[29-31],MSSN)（6）电火花烧结(Sparkplasmasintering[1,17,32-37],SPSSN)(1990s)1.2.1.1反应烧结相比于大多数陶瓷最开始采用无压烧结的办法制备，Si3N4最早的制备方式是采用反应烧结制备的，而这种原因最有可能是制备Si3N4粉体的方式所决定的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al2O3-Re2O3（Re=La,Nd,Y,Lu）对无压烧结Si3N4陶瓷显微结构与力学性能的影响[J]. 于俊杰,郭伟明,林华泰. 人工晶体学报. 2016(01)
[2]Li2O为烧结助剂的Si3N4陶瓷低温烧结过程研究[J]. 樊磊,周萌,陈猛,卢学峰,王超,王红洁. 稀有金属材料与工程. 2013(S1)
[3]β-Si3N4陶瓷热导率的研究现状[J]. 范德蔚,张伟儒,刘俊成. 硅酸盐通报. 2011(05)
[4]YF3助烧剂氮化硅的烧结及力学性能[J]. 滕甫,宁晓山,张洁,陈兆同. 稀有金属材料与工程. 2009(S2)
[5]氮化硅陶瓷材料的研究现状及其应用[J]. 陈力,冯坚. 硬质合金. 2002(04)
[6]稀土对Si3N4陶瓷力学性能和显微组织的影响[J]. 穆柏春,李明,由向群,刘秉余,谷志刚,刘大玮. 中国稀土学报. 2000(01)
[7]添加Al2O3-Y2O3烧结助剂的无压烧结Si3N4的研究[J]. 盛绪敏,陆佩文,徐洁. 硅酸盐学报. 1983(04)
硕士论文
[1]Si3N4陶瓷SPS制备及微观组织与导热性能研究[D]. 刘巍.哈尔滨工业大学 2016
[2]Si3N4-MgO-CeO2陶瓷晶界相研究[D]. 祝昌军.武汉理工大学 2002
本文编号：3549280
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氮化硅晶体结构，（a）α-Si3N4，（b）β-Si3N4Fig.1-1CrystalstructureofSi3N4,(a)α-Si3N4，(b)β-Si3N4
3表1-1几种常见陶瓷基板材料性能比较Table1-1Physicalpropertiesofseveralcommonceramicsubstrate图1-2几种市售陶瓷基板热导、机械性能综合比较Fig.1-2Comprehensivecomparisonofthermalconductivityandmechanicalpropertiesofseveralcommerciallyavailableceramicsubstratesmaterials性质Al2O3AlNSi3N4热导率（W/mK）（室温）10~50120~20020~100体电阻率（m）（室温）>1012>1012>1012相对介电常数（室温，1MHz）8.58.85.6~7.9tgδ（10-4）（室温，1MHz）35~103~8热膨胀系数（10-6K-1）7.34~62~3弹性模量（MPa）390330300弯曲强度（MPa）196~294392~490600~900
7利的影响。图1-3液相烧结过程微观结构演变示意图Fig.1-3Theschematicdiagramofevolutionofmicrostructureduringtheliquidphasesinteringprocess烧结过程结束之后，液相一般以晶界相（玻璃相或结晶相）形式存在于陶瓷体内部。因此也有相关的研究采用了一些特殊的烧结助剂，其液相离子可以融入Si3N4晶体结构之中，作为一种Si3N4的固溶体的形式存在，例如Sailon陶瓷，Al，O融入Si3N4晶格之中，Al-O键取代Si-N键，减少了陶瓷内部晶界相的不利影响，提高了陶瓷的机械性能。1.2.2烧结方法随着陶瓷制备技术地发展，针对Si3N4的特点，也有多种烧结技术被发开发出来，主要包含有以下几种：（1）反应烧结(Reactionbonding,RBSN)[10,18-21]及其衍生出来的反应重烧结(Sinteredreactionbonding,SRBSN)(1950s）（2）热压烧结(Hotpressing,HPSN)(1960s)[22-24]（3）热等静压烧结(Hot-isostaticpressing[11,25],HIPSN)（4）无压烧结(Pressure-lessSintering[25-28],SSN)(1980s)（5）微波烧结(Microwavesintering[29-31],MSSN)（6）电火花烧结(Sparkplasmasintering[1,17,32-37],SPSSN)(1990s)1.2.1.1反应烧结相比于大多数陶瓷最开始采用无压烧结的办法制备，Si3N4最早的制备方式是采用反应烧结制备的，而这种原因最有可能是制备Si3N4粉体的方式所决定的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al2O3-Re2O3（Re=La,Nd,Y,Lu）对无压烧结Si3N4陶瓷显微结构与力学性能的影响[J]. 于俊杰,郭伟明,林华泰. 人工晶体学报. 2016(01)
[2]Li2O为烧结助剂的Si3N4陶瓷低温烧结过程研究[J]. 樊磊,周萌,陈猛,卢学峰,王超,王红洁. 稀有金属材料与工程. 2013(S1)
[3]β-Si3N4陶瓷热导率的研究现状[J]. 范德蔚,张伟儒,刘俊成. 硅酸盐通报. 2011(05)
[4]YF3助烧剂氮化硅的烧结及力学性能[J]. 滕甫,宁晓山,张洁,陈兆同. 稀有金属材料与工程. 2009(S2)
[5]氮化硅陶瓷材料的研究现状及其应用[J]. 陈力,冯坚. 硬质合金. 2002(04)
[6]稀土对Si3N4陶瓷力学性能和显微组织的影响[J]. 穆柏春,李明,由向群,刘秉余,谷志刚,刘大玮. 中国稀土学报. 2000(01)
[7]添加Al2O3-Y2O3烧结助剂的无压烧结Si3N4的研究[J]. 盛绪敏,陆佩文,徐洁. 硅酸盐学报. 1983(04)
硕士论文
[1]Si3N4陶瓷SPS制备及微观组织与导热性能研究[D]. 刘巍.哈尔滨工业大学 2016
[2]Si3N4-MgO-CeO2陶瓷晶界相研究[D]. 祝昌军.武汉理工大学 2002
本文编号：3549280
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