碳化硅-氮化铝复合材料的烧结

【作者】 潘裕柏； 石哓梅； 李江； 郭景坤；

【机构】 中国科学院上海硅酸盐研究所；

【摘要】 当前为了改善陶瓷材料脆性的弱点,开展了许多研究工作。其中通过添加第二相、第三相颗粒形成复相陶瓷也成为改善陶瓷材料韧性的重要手段,此方法与添加晶须、纤维等方法相比,具有价格低廉、容易制备等特点。碳化硅材料由于其高硬度,高温强度,耐磨,耐腐蚀,密度比较小等优良性能,在机械,化工,能源和军工方面已经获得大量应用。但是由于其室温强度低以及韧性不足而使其应用受到一定的限制。为了提高碳化硅陶瓷材料的强度与韧性,借鉴金属弥散强化理论采用第二相粒子的添加方法已经取得一些成绩。自从70年代后期Cutler等人的研究结果表明Si C和Al N在1800-2100oC温度范围能够形成固溶体,Si C-Al N系统更是受到人们的广泛关注。本研究采用第二相粒子Al N的添加方法,其中Si C:Al N重量比为85:15(外加0.5wt%的Y2O3)的组分混合均匀后干燥过筛,并且置于石墨模具中热压制备Al N/Si C复合材料。热压烧结条件为在Ar气氛中1950oC、40MPa、保温30min。运用XRD确定相组成和TEM分析界面的显微结构和微区成分,确认烧结过程为氮化铝发生单向的蒸发行为和固相烧结行为。高温烧结时,Si C/Al N复合材料的烧结过程可视为一种单向的传质即Al N蒸发并且沉积在Si C颗粒表面。然后在扩散传质过程中,Al N向Si C颗粒内部扩散并且在碳化硅晶粒表面形成Si C-Al N固溶体层,阻碍碳化硅晶粒的过分长大,最终使碳化硅-氮化铝二元相成为一种具有结构均匀、晶粒细小的复合材料。更多还原