自蔓延反應(yīng)燒結(jié)氮化硅/氮化硼復(fù)相可加工陶瓷
北京科技大學(xué)特種陶瓷研究室開發(fā)出一種自蔓延反應(yīng)燒結(jié)氮化硅/氮化硼復(fù)相可加工陶瓷材料,其應(yīng)用前景極其廣闊。 Si和N2合成Si3N4反應(yīng)的絕熱燃燒溫度高,體積有所增加,生成棒狀的b-Si3N4相相互交叉,提高了自蔓延反應(yīng)燒結(jié)氮化硅多孔陶瓷的強(qiáng)度,但氮化硅加工性能差。h-BN陶瓷可加工性能好,但燒結(jié)性能差。本項目利用h-BN相在氮化硅陶瓷中形成弱界面,當(dāng)加工時,弱界面上會形成微裂紋,并沿弱界面發(fā)生偏轉(zhuǎn),耗散裂紋擴(kuò)展的能量使裂紋擴(kuò)展終止;當(dāng)載荷繼續(xù)上升時,在下層的弱結(jié)合界面處將產(chǎn)生新的臨界裂紋再擴(kuò)展;如此反復(fù),使裂紋成為跳躍式階梯狀擴(kuò)展,斷裂漸次發(fā)生而非瞬間脆斷,使氮化硅/氮化硼多孔陶瓷材料具有了好的可加工性能。 本項目原料中采用了一定比例的Si粉,比完全以Si3N4粉為原料的普通燒結(jié)工藝節(jié)約了原料成本。產(chǎn)品的基本工藝為自蔓延高溫合成(燃燒合成)工藝,在氣體高壓反應(yīng)器中進(jìn)行,燒結(jié)所需要的能量完全由原料自身放熱提供,與其他制備方法(常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié))相比較,不需要高溫?zé)Y(jié)爐長時間燒結(jié),大大節(jié)省了能源。本項目工藝簡單,燒結(jié)速度快,效率高??芍谱鲝?fù)雜形狀一維,二維的大尺寸陶瓷材料??箯潖?qiáng)度已做到188MPa,材料可加工性能優(yōu)良。 已獲中國發(fā)明專利《ZL 200610089013.6自蔓延反應(yīng)燒結(jié)Si3N4/BN復(fù)相可加工陶瓷的方法》。
北京科技大學(xué)
2021-04-11