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第卷第期复合材料学报. .
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晶须增强氮化硅陶瓷自生复合材料
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摘要本文提出了两种制备氮化硅陶瓷自生复合材料的方法:以氟化钙为加剂。对硅坯体直接
进行氮化;
处理后,再经过高温热处理,分别可得到以。和晶须增强的氮化硅陶瓷复合材料。同时,
还对生长条件对晶须的形态,以及自生晶须对氮化硅陶瓷力学性能的影响进行了探讨。
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前言
脆性是限制氮化硅陶瓷实用的关键,为了提高陶瓷材料的断裂韧性,利用连续纤维和晶须
增韧是两条十分有效的途径。且研究结果表明:当加入的体积分数相同时,晶须和连续纤维具
有相同的增韧效果。
在连续纤维增韧方面,目前存在的主要问题是:纤维的性能尤其是高温热物理性能和
力学性能尚不能满足要求;在制作形状复杂的结构件时,纤维的编织、分散和致密化等方
面的工作都有待深入研究。由于晶须的尺寸与陶瓷粉料颗粒的尺寸相近,这样便可以利用处理
粉料的方法来处理晶须,易于制作各种形状复杂的结构件。同样,晶须增韧的陶瓷基复合材料
也存在不少问题:晶须的成本极其昂贵,且性能分散性大;晶须的分散工艺复杂晶须之
间的分散和在基体中的分散,分散均匀性差;晶须是一种致癌物质,直接和人体接触时危
害极大。
在陶瓷基复合材料的烧结方面,普遍采用的是热压烧结和热等静压烧结。虽然热压烧结有
利于材料性能的尽可能发挥,但其适用受限,而热等静压烧结的成本又过高。
纵观近年来陶瓷基复合材料的制作工艺,其共同特征是把补强体晶须或纤维从外界引
入到基体,而在本文所研究的氮化硅自生复合材料中,补强体——晶须则是在氮化硅烧结体中
自身生长出来。这样不仅可以大幅度降低材料的成本、有利于制作形状复杂的结构件,同时还
能有效地避免人体与晶须的直接接触,降低环境污染。
实验
. 实验方法
本文中制备氮化硅陶瓷自生复合材料的方法分为如下两类:将的硅粉和
本文于年月日收到修改稿,年月日收到初稿
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复台材料学报第卷
的粉料混合,并经球磨后,用聚乙烯醇为粘结剂模压成型,然后置于氮气气氛
中氮化,氮化条件为.% ,℃,。将不含添加剂的硅粉成型后进行
氮化处理:℃,;℃,.. ,得到反应烧结氮化硅多孔体,再
经浸渍和高温处理。
. 实验材料
实验中所用硅粉的粒度和纯度分别列于表和表。
表硅粉的粒度和分布
颗粒分布/ ≤.~ .~ .~ ~ ~ .~ ~ ~ 平均粒度
.
. . . . . .
含量/ . . . . . .
表硅粉中的杂质及含量
杂质种类。尊量/
古量/ . . . . .
. 性能测试和分析
室温强度和高温强度均采用三点弯曲法进行测试,试样的尺寸为× ×
,跨距为,加载速度./。气孔率用排水法测得。利用扫描电子显徽镜,
透射电镜和射线衍射仪,对断形貌、显微组织和结构进行分析。
实验结果与分析
. 自生昌须的显微结构特征及生长机制
从晶须的显微结构来分,实验中所得到的自生晶须可分为三类:六方棱柱状的