北京科技大學特種陶瓷研究室開發出一種自蔓延反應燒結氮化硅/氮化硼復相可加工陶瓷材料,其應用前景極其廣闊。
Si和N2合成Si3N4反應的絕熱燃燒溫度高,體積有所增加,生成棒狀的b-Si3N4相相互交叉,提高了自蔓延反應燒結氮化硅多孔陶瓷的強度,但氮化硅加工性能差。h-BN陶瓷可加工性能好,但燒結性能差。本項目利用h-BN相在氮化硅陶瓷中形成弱界面,當加工時,弱界面上會形成微裂紋,并沿弱界面發生偏轉,耗散裂紋擴展的能量使裂紋擴展終止;當載荷繼續上升時,在下層的弱結合界面處將產生新的臨界裂紋再擴展;如此反復,使裂紋成為跳躍式階梯狀擴展,斷裂漸次發生而非瞬間脆斷,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工藝節約了原料成本。產品的基本工藝為自蔓延高溫合成(燃燒合成)工藝,在氣體高壓反應器中進行,燒結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、熱壓燒結、反應燒結)相比較,不需要高溫燒結爐長時間燒結,大大節省了能源。本項目工藝簡單,燒結速度快,效率高。可制作復雜形狀一維,二維的大尺寸陶瓷材料。抗彎強度已做到188MPa,材料可加工性能優良。
已獲中國發明專利《ZL 200610089013.6自蔓延反應燒結Si3N4/BN復相可加工陶瓷的方法》。
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