（材料學(xué)專業(yè)論文）反應(yīng)燒結(jié)多孔si3n4陶瓷的制備與研究.pdf

中文摘要 氮化硅 s i n 4 陶瓷是 種綜合性能優(yōu)良的陶瓷材料 在國防 航天航空 冶金 電子 石油等眾多行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景 本實(shí)驗(yàn)利用s i 粉作為原 料 采用反應(yīng)燒結(jié)工藝 成功的制備了多孔氮化硅陶瓷 對添加劑的作用和制備 工藝進(jìn)行了討論 并對氮化燒結(jié)的機(jī)理和模型進(jìn)行了分析 通過采用s i 粉反應(yīng)燒結(jié)的方法成功地制備了多孔r b s n 陶瓷 研究了添加 劑 燒結(jié)助劑 添加晶須 造孔劑 對多孔r b s n 陶瓷性能的影響 利用s e m 和x r d 表征了陶瓷的微觀形貌和物相 探討了微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能之間的聯(lián)系 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 y 2 0 3 a i o h 3 作為燒結(jié)助劑樣品具有更佳的性能 所以要優(yōu)于 y 2 0 3 m g o h 2 4 m g c 0 3 6 h 2 0 適量的添加0 l s i 3 n 4 晶須既可以起到晶種的作用 又可以作為一種稀釋劑 誘導(dǎo)了a s i 3 1 4 4 晶須的生成 防止 流硅 現(xiàn)象的發(fā)生 優(yōu)化了顯微結(jié)構(gòu) 作為r b s n 的造孔劑 單獨(dú)考慮造孔能力 淀粉效果要優(yōu)于尿 素 單獨(dú)考慮保持良好的機(jī)械強(qiáng)度 尿素優(yōu)于淀粉 總體考慮氣孔率與強(qiáng)度的關(guān) 系 淀粉要優(yōu)于尿素 本實(shí)驗(yàn)制備了孔隙率為3 1 0 4 5 1 8 0 的多孔氮化硅陶瓷 同時(shí)樣品強(qiáng)度也從1 7 5 6 1 m p a 降低到了4 2 0 9 m p a 隨著造孔劑含量的增加 氣 孔率明顯增高 介電常數(shù)從5 5 6 降低到了4 0 l 但介質(zhì)損耗卻明顯增加了 從 5 0 2 x 1 0 3 上升n t1 3 2 5 x 1 0 一 研究了制備工藝對多孔r b s n 陶瓷性能的影響 借助激光粒度分析 s e m 等分析手段 通過對微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能的探究 發(fā)現(xiàn)制備工藝 燒結(jié)助劑的加 入方式 粒度級配以及氮化燒結(jié)制度等 對多孔r b s n 陶瓷性能有較明顯的影響 結(jié)果表明 通過液相包裹沉淀工藝實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)助劑對s i 粉的包裹 制備了孔隙 率更高的多孔r b s n 陶瓷 樣品的氮化率與固相法基本相近 合理的顆粒配比可 以獲得多孔r b s n 當(dāng)粗粉與細(xì)粉質(zhì)量比為7 3 時(shí) 不僅提高了氣孔率 而且 也促進(jìn)氮化 提高了氮化率和強(qiáng)度 采用循環(huán)升溫制度 有利于n 2 向坯體內(nèi)部 的擴(kuò)散 對提高氮化率和材料強(qiáng)度具有較佳的影響 本實(shí)驗(yàn)討論了s i 粉氮化燒 結(jié)的機(jī)理 a s i 3 n 4 主要來自于氣相 氣固反應(yīng) p s i 3 n 4 主要來自于液相 氣固 反應(yīng) 欲提高氮化率 則需要解決n 2 通過s i 3 n 4 層向s i 核的擴(kuò)散問題 關(guān)鍵詞 氮化硅 反應(yīng)燒結(jié) 多孔陶瓷 添加劑 工藝 制備 a b s t r a c t t h eu s eo fs i 3 n 4c e r a m i c sf o rp r a c t i c a la p p l i c a t i o n ss u c ha sn a t i o n a ld e f e n s e a v i a t i o n m e t a l l u r g y e l e c t r o n i c s p e t r o l e u me r e h a sa t t r a c t e dm u c ha t t e n t i o nd u et o t h e i re x c e l l e n tm u l t i p e r f o r m a n c e i nt h i sp a p e r p o r o u ss i l i c o nn i t r i d ew a sp r e p a r e d b yr e a c t i o n b o n d e dt e c h n o l o g yi l s i n g s i a s s t a r t i n gm a t e r i a l t h ef u n c t i o n so f a d d i t i v e sa n dp r e p a r a t i o np r o c e s sw e r em a i n l ys t u d i e di nt h i se x p e r i m e n t t h e n i t r i d a t i o ns i n t e r i n gm e c h a n i s ma n dm o d e lw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d t h ep o r o u sr b s nc e r a m i cw a so b t a i n e ds u c c e s s f u l l yb yr e a c t i o n b o n d e d t e c h n o l o g y t h ei n f l u e n c eo fa d d i t i v e s i n c l u d i n gs i n t e r i n ga i d s w h i s k e r sa n d p o r e f o r m i n ga g e n t s o np r o p e r t i e so fp o r o u sr b s nw a ss t u d i e d t h em i c r o s c o p i c m o r p h o l o g ya n dp h a s ew e r ec h a r a c t e r i z e db ys e ma n dx r d r e s p e c t i v e l y t h e r e l a t i o n sb e t w e e nm i e r o s t r u c t u r ea n dm a c r o s c o p i cp r o p e r t i e sw e r ed i s c u s s e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee f f e c t so fy 2 0 3 a l o h 3a ss i n t e r i n ga i d sw e r eb e t t e rt h a n y 2 0 3 m g o h 2 4 m g c 0 3 6 h 2 0d u et o b e t t e r p r o p e r t i e s o f s a m p l e a p p r o p r i a t e c o n t e n to fc t s i 3 n 4w h i s k e rw e r ea d d e da ss e e d sa n dd i l u t i n ga g e n t s w h i c hc o u l d p r o m o t et h eg r o w t ho fc t s i 3 n 4w h i s k e r s a v o i dt h ep h e n o m e n o no fm e l t i n gs ia n d o p t i m i z et h em i c r o s t r u c t u r e c a r b a m i d ea n ds t a r c hw e r ei n v e s t i g a t e da sp o r e f o r m i n g a g e n t s r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ef o r m e ri sb e t t e ri np o r e f o r m i n ga n dt h el a t t e ri s b e t t e ri nk e e p i n gi n t e n s i t y h o w e v e r c a r b a m i d ei st h eb e t t e rp o r e f o r m i n ga g e n t c o n s i d e r i n gp o r o s i t ya n di n t e n s i t ys y n t h e t i c a l l y t h ep o r o u sr b s nw a sp r e p a r e db y a d d i n gp o r e f o r m i n ga g e n t s w i t ht h er a n g eo fp o r o s i t yf r o m31 0 4 t o51 8 0 a n d t h ei n t e n s i t yf r o m1 7 5 6 1 m p at o4 2 0 9 m p ac o r r e s p o n d i n g l y t h ed i e l e c t r i cc o n s t a n to f s a m p l e sw a sr e d u c e dt o4 0 1f r o m5 5 6 a n dt h el o s st a n g e n to fs a m p l e sw a si m p r o v e d t o1 3 2 5 x1 0 3f r o m5 0 2 1 0 一r e s p e c t i v e l y t h ei n f l u e n c e so fp r e p a r i n gp r o c e s s s u c ha sa d d i n gw a y so fs i n t e r i n ga i d s p a r t i c l eg r a d a t i o na n dn i t r i d a t i o ns i n t e r i n gs c h e d u l e o i lp r o p e r t i e so fp o r o u sr b s n w e r ei n v e s t i g a t e db yl a s e rp a r t i c l es i z ea n a l y s i sa n ds e m t h ei n f l u e n c ew a sv e r y o b v i o u sb ys t u d y i n gr e l a t i o n so fm i c r o s t r u c t u r ea n ds a m p l ep r o p e r t i e s t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h es iw a sc o a t e dw i t l ls i n t e r i n ga i d sb yt h el i q u i d p h a s e p r e c i p i t a t i o n c o a t i n gm e t h o d r b s nc e r a m i c sw i t hh i g h e rp o r o s i t yw e r ep r e p a r e da n d t h en i t r i d a t i o nr a t ew a sc l o s et ot h a to b t a i n e db ys o l i dt e c h n i q u e p o r o u sc e r a m i c s w e r ef o r m e db yu t i l i z i n gt h er e a s o n a b l eg r a d a t i o no fc e r a m i cp a r t i c l e s w h e nt h e m a s sp r o p o r t i o no fc o a r s es ip o w d e r sa n df r e es ip o w d e r sw a s7 3 t h ep o r o s i t yc o u l d b ep r o m o t e d n i t r i d a t i o nm t ea n di n t e n s i t yc o u l db e i m p r o v e dt o o t h ec y c l i c n i t r i d a t i o ns i n t e r i n gs c h e d u l ew a sa p p l i e d w h i c hw a si nf a v o ro fd i f f u s i o nn 2 a n d c o u l dp r o m o t et 1 1 en i t r i d a t i o na n di n t e n s i t y t h em o d e la n dm e c h a n i s mo fs i n i t r i d a t i o nw e r es t u d i e d n ea s i 3 n 4w a sf o r m e dm a i n l yo nt h em e c h a n i s mo f v a p o r o rv a p o r s o l i dr e a c t i o n a n dp s i 3 n 4o i lt h em e c h a n i s mo fl i q u i do r v a p o r s o l i d r e a c t i o n t h ed i f f u s i o no fn 2t os it h r o u g hs i 3 n 4s h o u l db er e s o l v e df o ri m p r o v i n g n i t r i d a t i o nr a t e k e yw o r d s s i l i c o n n i t r i d e r e a c t i o n b o n d e d p o r o u sc e r a m i c a d d i t i v e p r o c e s s p r e p a r a t i o n 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的 研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得丕鲞盤鱟或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證 書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中 作了明確的說明并表示了謝意 學(xué)位論文作者虢另移紅簽字日期 聊年 月 矽日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解墨鲞盤堂有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 特授權(quán)丕洼盤鱟可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索 并采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編以供查閱和借閱 同意學(xué)校 向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明 學(xué)位論文作者簽名 馬拇量乙 簽字日期 年廠月信同 翩虢 蔓朋 簽字日期 砂句年 月 p 第一章緒論 1 1 引言 第一章緒論 信息 能源 材料被譽(yù)為當(dāng)代科技的三大支柱 陶瓷材料在材料體系中占 有很重要的地位 是國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中不可缺少的重要組成部分 隨著科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高 綜合性能優(yōu)良的陶瓷變得越來越重要 氮化硅 s i 3 n 4 陶瓷在新型陶瓷中占有重要的地位1 2 4 早在1 9 世紀(jì)8 0 年 代就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn) 2 0 世紀(jì)5 0 年代獲得較大規(guī)模發(fā)展 到2 0 世紀(jì)8 0 年代中期已 取得一定成績 作為一種高溫結(jié)構(gòu)材料 具有密度和熱膨脹系數(shù)小 強(qiáng)度高 硬 度大 彈性模量高以及耐高溫 抗氧化和耐磨損 抗熱震 蠕變小 電絕緣性優(yōu) 良 表面摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn) 被材料科學(xué)界認(rèn)為是結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域中綜合性能優(yōu)良 最有希望替代鎳基合金 在高科技 高溫領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用的一種新型材料 尤其是反應(yīng)燒結(jié)氮化硅 r b s n 陶瓷具有良好的高低溫機(jī)械性能 耐熱沖擊性 和化學(xué)穩(wěn)定性 燒結(jié)前后外觀尺寸基本不變 只有很小的體積收縮 可以生產(chǎn)形 狀復(fù)雜的產(chǎn)品 且成本低 由于具有以上一系列優(yōu)點(diǎn) 因此在國防 航天航空 冶金 電子 石油 化工等行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用 近年來 國內(nèi)外競相對它 進(jìn)行研究和開發(fā) 使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大 多孔陶瓷是一種經(jīng)高溫?zé)?5 卅 體內(nèi)具有大量彼此相通或閉合氣孔的陶瓷 材料 自十九世紀(jì)七十年代作為細(xì)菌過濾體被實(shí)用化以來 由于它具有均勻透過 性 較大的比表面積 低密度以及耐高溫 抗腐蝕 耐熱沖擊 機(jī)械強(qiáng)度高 原 料來源廣泛以及使用壽命長等優(yōu)良特性而越來越受到人們的重視 已被廣泛應(yīng)用 于化工 能源 環(huán)保 冶金 電子及生物等各個(gè)部門 作為過濾 分離 吸音 催化劑載體及生物陶瓷等 這引起了材料學(xué)界的高度關(guān)注 并成為一個(gè)非?；钴S 的研究領(lǐng)域 目前 世界許多國家和地區(qū) 特別是歐 美 日在這方面投入了大 量的人力 物力 財(cái)力進(jìn)行研究開發(fā) 與其相比 我國在這方面起步較晚 但近 些年來我國也越來越重視這方面的研究 并且一些產(chǎn)品已達(dá)到國際水平 目前多孔氮化硅陶瓷的制備主要是添加造孔劑 凝膠注模等方法 利用反應(yīng) 燒結(jié)法制備多孔氮化硅的較少 大多數(shù)情況下都認(rèn)為r b s n 中包含1 5 一3 0 的 氣孔造成了強(qiáng)度的明顯下降 但是 由于反應(yīng)燒結(jié)工藝自身的多孔特點(diǎn) 燒結(jié)后 形成的氣孔正為制備多孔陶瓷作了充分的準(zhǔn)備 所以在此基礎(chǔ)上制備多孔陶瓷與 第一章緒論 其它方法相比更為簡單 設(shè)備投資少 其次 多孔氮化硅陶瓷現(xiàn)在還沒有在工業(yè) 上大面積的實(shí)用化應(yīng)用 且多數(shù)僅處于實(shí)驗(yàn)室的研究階段 而且 同時(shí)利用反應(yīng) 燒結(jié)和添加造孔劑的方法制備多孔氮化硅陶瓷的報(bào)道也較少 所以本課題同時(shí)利 用反應(yīng)燒結(jié)法和添加造孔劑法制備多孔氮化硅陶瓷是非常有研究價(jià)值的 1 2 氮化硅陶瓷概況 1 2 1 氮化硅陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能 1 2 1 1 氮化硅陶瓷的結(jié)構(gòu) 氮化硅是由氮和硅兩元素通過人工合成的新材料 2 1 氮化硅的分子式為 s i 3 n 4 相對分子質(zhì)量1 4 0 2 8 按質(zhì)量分?jǐn)?shù)算 硅占6 0 6 6 氮占3 9 3 4 兩元 素電負(fù)性相近 屬共價(jià)化合物 氮化硅屬六方晶系 有兩種晶相 伍相和b 相 都是由三個(gè)結(jié)構(gòu)單元 s i n 4 四面體共用一個(gè)n 原子面形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) p s i 3 n 4 的一個(gè)晶胞內(nèi)有6 個(gè)s i 原子 8 個(gè)氮原子 其中3 個(gè)s i 原于和4 個(gè)n 原子在一個(gè)平面上 另外3 個(gè)s i 原子和4 個(gè)n 原子在高一層平面上 第3 層與第1 層相對應(yīng) 如此相應(yīng)地在c 軸方向重復(fù)排列 按a b a b 層疊排列 空間群為p 6 3 m 其晶胞常數(shù)a 0 7 5 9 0 7 6 1 r i m c 0 2 7 1 0 2 9 2 n m 0 s i 3 n 4 中第3 層 第4 層的s i 原子在平面位 置上都分別與第1 第2 層的s i 原子錯(cuò)了一個(gè)位置 形成4 層重復(fù)排列 即a b c d 方式排列 空間群為p 3 1 c 相對d s i 3 n 4 而言 a s i 3 n 4 晶胞參數(shù)變化不大 但c 軸擴(kuò)大了約一倍 晶胞常數(shù)a 0 7 7 5 0 7 7 7 n m c 0 5 1 6 0 5 6 9 n m 因此體系的 穩(wěn)定性比較差 當(dāng)高溫時(shí)原子位置發(fā)生調(diào)整時(shí)會轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的p s i 3 n 4 圖1 1 顯示了兩種s i 3 n 4 晶型的s i n 層排列方式 bo a a b a bf o rt h ep s i 3 n 4s 仃u c t u r e b a b c d a b c df o rt h ea s i 3 n 4 s l l u c t t t r e 圖1 is i 3 n 4 晶體中s i n 層的排列方式 f i g 1 1t h ew a yo f a r r a n g e m e n tf o rs i ni ns i 3 n 4 2 第一章緒論 一般認(rèn)為 a s i 3 n 4 屬低溫穩(wěn)定晶型 3 s i 3 n 4 是高溫穩(wěn)定晶型 目前還沒有 觀察到b 相向a 相的晶型轉(zhuǎn)變 因而也有人認(rèn)為f i s i 3 n 4 在所有溫度下屬熱力學(xué) 穩(wěn)定的晶型 而a s i 3 n 4 只是在硅粉的氮化過程中 由于特殊的動力學(xué)原因而形 成的亞穩(wěn)定晶相 a 相向b 相轉(zhuǎn)變需要一定的活化能打破s i n 鍵 目前在高溫 有液相存在情況下 通過溶解 沉淀實(shí)現(xiàn)a 相一b 相相變機(jī)理已得到科學(xué)家認(rèn)可 一般a 相一b 相轉(zhuǎn)變開始于1 4 0 0 到1 8 0 0 基本完成 氮化硅外觀色澤隨不同晶相和制備工藝有所不同 粉末狀q s i 3 n 4 呈白色或 灰白色 疏松 羊毛狀或針狀 利用硅胺分解氮化得到的a s i 3 n 4 粉末帶有米黃 色 b s i a n 4 顏色較深 呈致密顆粒狀或短棱柱體 氮化硅陶瓷外觀按其含氣孔 多少和密度高低呈灰白 藍(lán)灰到灰黑色 接近理論密度的氮化硅陶瓷表面經(jīng)拋光 后有金屬光澤 氮化硅的理論密度為3 1 9 0 1 0 9 c m 3 實(shí)際測得旺 s i 3 n 4 密度為 3 1 8 4g c m 3 d s i 3 n 4 為3 1 8 7g c m 一 氮化硅陶瓷制品的密度受制各工藝及添加 燒結(jié)助劑類別和添加量的影響 而且變化范圍較大 1 2 1 2 氮化硅陶瓷的性能 氮化硅陶瓷具有較多的優(yōu)越性能 主要性能如下 1 力學(xué)性能1 硬度氮化硅陶瓷質(zhì)地堅(jiān)硬 莫氏硬度約為9 在非金屬 材料中屬于高硬度材料 僅次于金剛石 立方氮化硼 b n 碳化硼 b 4 c 等 少數(shù)幾種超硬的材料 c t s i 3 n 4 與 3 s i 3 n 4 材料的顯微硬度不同 前者為 9 8 0 1 5 6 8 h v 后者達(dá)2 4 0 0 3 2 0 0 h v 2 強(qiáng)度氮化硅陶瓷的強(qiáng)度隨制備工藝和 組織結(jié)構(gòu)的不同而有較大幅度的變動 即使在相同的制備工藝條件 強(qiáng)度也因材 料本身的密度不同而發(fā)生變化 氮化硅陶瓷的強(qiáng)度與金屬材料相比仍有較大的差 距 然而無論哪種制備工藝制得的氮化硅陶瓷的室溫強(qiáng)度都能保持到8 0 0 c 以上 即使在1 2 0 0 1 4 0 0 c 的高溫下 仍然會保持相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度 氮化硅陶瓷的高溫性能 在這種環(huán)境下就顯示出比金屬更高的優(yōu)越性 3 摩擦因數(shù)和自潤滑性氮化硅陶 瓷摩擦因數(shù)較小 在高溫高速條件下 摩擦因數(shù)提高幅度也較小 能保證機(jī)構(gòu)的 正常運(yùn)轉(zhuǎn) 這是一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn) 氮化硅陶瓷開始對磨時(shí)摩擦因數(shù)達(dá)到1 0 1 5 經(jīng)精密磨合后 摩擦因數(shù)就大大下降 保持在0 5 以下 所以氮化硅陶瓷被認(rèn)為 是具有自潤滑性的材料 這種特性產(chǎn)生的主要機(jī)理是在壓力作用下 摩擦表面微 量分解形成薄薄的氣膜 由于氣膜的存在使摩擦面之間的滑動阻力減小 摩擦面 的光潔度增加 越摩擦 阻力越小 磨損量也就隨之減小 2 熱性能氮化硅屬于高溫難熔化合物 無熔點(diǎn) 常壓下在1 9 0 0 左右發(fā)生分解 在高于分解蒸汽壓4 4 4 8 p a 的條件下 氮化硅才會熔融 在 一般條件下 則升華分解 不呈熔融態(tài) 在2 5 時(shí)的比熱容為 第一章緒論 7 l1 7 6 j k g k 隨著溫度的升高而增大 線膨脹系數(shù)較小且隨密度的增大 而增大 在高溫區(qū) 隨著溫度的提高而顯著增大 在室溫到1 0 0 0 2 溫度范 圍內(nèi) 口 s i 3 n 4 為2 8x1 0 6 b s i 3 n 4 為3 0 1 0 o r b s n 在 2 5 3 0 x1 0 6 之間 而密度較高的r b s n 的線膨脹系數(shù)則在 2 9 5 3 6 2 xl o 6 之間 氮化硅的導(dǎo)熱性能較好 熱導(dǎo)率較大 且類似于線膨脹系數(shù)隨密 度 溫度的變化規(guī)律 測量值在1 5 9 1 8 4 2 w m k 之間 氮化硅具有良好的 抗熱震性與晶界相有關(guān) 氣孔率低 晶界相均勻細(xì)密 則抗熱震性好 反之 氣孔率高 晶界相厚 則抗熱震性差 氮化硅陶瓷的抗高溫蠕變能力強(qiáng) 空氣沖的負(fù)荷軟化點(diǎn)在1 4 0 0 以上 若排除在高溫下氧化和晶界相 如反 應(yīng)燒結(jié)的氮化硅就不存在晶界相 粘度下降等不利因素 負(fù)荷軟化點(diǎn)高達(dá) l8 5 0 氮化硅陶瓷的熱穩(wěn)定性好 可在高溫中長期使用 在氧化氣氛中 可使用到1 4 0 0 在中性或還原氣氛中一直可以使用到l8 5 0 3 電性能氮化硅陶瓷在常溫和高溫下都是電絕緣材料 電阻率 室 溫 為1 0 i s 1 0 m q m 隨溫度變化不大 介電常數(shù)在4 8 9 5 范圍內(nèi) 介質(zhì) 損耗角因數(shù) 1 0 6 h z 為0 0 0 1 0 1 隨著燒結(jié)制備工藝的提高 氮化硅可以 歸入常用介電材料的行列中 4 化學(xué)穩(wěn)定性氮化硅有很好的抗酸 氫氟酸除外 抗弱堿腐蝕性 遇到大多數(shù)熔融的堿和某些鹽類 n a n 0 3 n a n 0 2 溶液 熔融m g o a 1 2 0 3 等 時(shí)不穩(wěn)定 在高溫下 煤 重油爐渣和一些氣體都會迅速腐蝕氮化硅 氮化硅 抗氧化性能好 在8 0 0 c 以上氮化硅與氧氣發(fā)生反應(yīng) 在表面生成致密的s i 0 2 保護(hù)層 阻止氮化硅繼續(xù)氧化 使之較為穩(wěn)定 抗氧化性能和氧化行為隨制備 工藝 氧化氣氛 潮濕環(huán)境中容易氧化 和材料的不同而變化 氮化硅對一些 單質(zhì)金屬元素的熔液是穩(wěn)定的 c u 氧氣存在條件下 m g s i 熔液能與氮化 硅發(fā)生微弱的反應(yīng) 對黃銅 硬鋁 鎳銀等合金熔液 鑄鐵 中碳鋼等有較好的 抗蝕性 但不耐鎳鉻合金 不銹鋼等的腐蝕 1 2 2 氮化硅陶瓷的應(yīng)用 由于氮化硅陶瓷的優(yōu)異性能 已在許多工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用 并有廣泛 的潛在用途 7 j 1 氮化硅陶瓷刀具氮化硅陶瓷刀具材料具有硬度高 強(qiáng)度高 耐高溫 抗氧化性好 化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn) 可以進(jìn)行高速切削 減少換刀次數(shù)及減少由 于刀具磨損而造成的尺寸誤差 特別適應(yīng)于現(xiàn)代超硬精密加工 2 氮化硅陶瓷發(fā)動機(jī)氮化硅陶瓷在車用的發(fā)動機(jī)部件中已可替代很多 現(xiàn)用的部件 如電熱塞 預(yù)熱燃燒室鑲塊 搖臂鑲塊 透平轉(zhuǎn)子 噴射器連桿等 第一章緒論 氮化硅陶瓷發(fā)動機(jī)具有很多優(yōu)越的性能 1 工作溫度可提高到1 2 0 0 1 6 5 0 c 并且 不需要水冷系統(tǒng) 2 可使燃料充分燃燒 降低能耗 減少環(huán)境污染 3 熱導(dǎo)率 比金屬低 熱量不易散發(fā) 節(jié)省能源 另外 氮化硅陶瓷良好的高溫強(qiáng)度可以改 善發(fā)動機(jī)性能 延長使用壽命 3 氮化硅陶瓷軸承氮化硅陶瓷具有密度低 耐高溫 耐腐蝕 絕緣 絕磁及自潤滑性能好等優(yōu)點(diǎn) 適合于制造軸承的滾動體 且具有如下優(yōu)良性能 1 密度比軸承鋼低 當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 能有效減小高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力 降低 滾動體載荷 減少滾動體和滾道面間的旋轉(zhuǎn)滑動 降低表面損傷 2 硬度大約 比鋼軸承高1 倍 彈性模量大約高1 3 可獲得良好的加工精度 在8 0 0 c 時(shí) 強(qiáng)度和硬度幾乎不降低 可用于爐膛等高溫設(shè)備的傳遞裝置上 3 在溫度變化 的環(huán)境中更為穩(wěn)定可靠 可用于航空航天設(shè)備 4 在強(qiáng)磁場的環(huán)境下使用鋼質(zhì) 軸承 自身磨損產(chǎn)生的金屬微粉會吸附在滾動體和滾道面之間 造成軸承的提早 剝落 噪聲增大 使用陶瓷軸承就可以避免此問題 此外 氮化硅陶瓷還有透微波的性能 可以用作雷達(dá)天線罩 它的介電性能 隨溫度的變化甚小 在高溫下至少可用到5 5 0 4 c 它的抗熱震性能在各類陶瓷中 是比較優(yōu)越的 這使它可以在六個(gè)馬赫 即六倍于音速 甚至于可在七個(gè)馬赫 的飛行速度下使用 是制造火箭噴嘴 喉襯 透平葉片以及其它高溫耐熱部件的 合適材料 當(dāng)然 氮化硅陶瓷材料的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些 相信隨著對這一材料研究的不斷 深入 它的應(yīng)用領(lǐng)域仍會不斷的擴(kuò)大 表1 1 列出了氮化硅陶瓷的具體用途 表1 1 氮化硅陶瓷的具體用途 壘 巴m p o r t a i l ta p lp i 里塵1 2 翌j2 1 蘭 j 型 翌型 l i i 一 l i l l l i l o o l l l l o 一 用途分類 主要應(yīng)用實(shí)例 一 耐熱零部件 耐腐蝕部件 工具及耐磨損件 輕量化零部件 其他 燃?xì)鉁u輪和柴油機(jī)定子葉片 燃燒器等 汽缸蓋 活塞環(huán) 密封排氣閥 高溫氣體流量閥 高溫氣體送風(fēng)扇零件 加熱爐傳熱管 爐芯管 熱交換 器等 各種化學(xué)反應(yīng)管 機(jī)械軸封 閥類噴嘴 耐腐蝕內(nèi)襯件 熔融非鐵金屬輸 送泵零件 浸漬電熱器等 切削工具 軸承類 研磨類 機(jī)器油壓控制閥 快速加熱爐零件 飛機(jī)和航天器零件等 各種絕緣體 景規(guī) 彈簧等 第一章緒論 1 3 氮化硅陶瓷的制備方法 1 3 1 反應(yīng)燒結(jié)氮化硅 r e a c t i o n b o n d e ds i l i c o nn i t r i d e r b s n 氮化硅陶瓷是難燒結(jié)物質(zhì) 比氧化物系陶瓷更難致密 目前主要的燒結(jié)方法 是反應(yīng)燒結(jié)法 常壓燒結(jié)法 普通熱壓法 連續(xù)熱壓法和熱等靜壓法等 反應(yīng)燒 結(jié)法在氮化硅工業(yè)化生產(chǎn)中最早使用 特點(diǎn)主要表現(xiàn)在燒結(jié)和成型上 這種燒結(jié) 工藝使用硅粉成型 再在氮?dú)鈿夥罩泻铣傻?同時(shí)燒結(jié)制成氮化硅陶瓷 n 2 在進(jìn)入反應(yīng)爐后 隨著爐溫的不斷升高 活性不斷加強(qiáng) 當(dāng)達(dá)到一定的溫度 時(shí) 1 1 0 0 1 2 0 0 c n 2 氣和坯料中的s i 原子發(fā)生反應(yīng) 反應(yīng)放出能量 這些能量 傳遞給該反應(yīng)周圍由于升溫而已瀕臨活化的s i 原子 使這些原子得到足夠的活 化能而進(jìn)行活化反應(yīng) 通過氮?dú)馍钊牍枧鞣哿?nèi)部 在合成氮化硅生成新相的過 程中 有2 2 體積增加 通過擴(kuò)散傳質(zhì) 增加的這部分體積填補(bǔ)坯體內(nèi)原來硅粉 顆粒間的空隙 形成新的交織結(jié)構(gòu) 使坯體致密化程度和強(qiáng)度提高 在沒有顯著 的坯體收縮下實(shí)現(xiàn)了燒結(jié) 燒結(jié)時(shí)借助粉末表面能推動坯內(nèi)的物質(zhì)遷移 填充孔 隙 排除氣孔 使坯體收縮而實(shí)現(xiàn)致密化 其反應(yīng)式如下 s i n 2 s i 3 n 4 7 3 6k j m o l 1 1 燒結(jié)制度可以采用階段升溫 超溫氮化或 氣耗定升溫 的氮化制度 階段 升溫 在氮化爐內(nèi) 于1 1 5 0 1 4 5 0 分兩階段加熱 第一階段在1 1 5 0 1 2 0 0 預(yù)氮 化 以獲得具有一定強(qiáng)度的氮化硅素坯 可以對其用各種機(jī)床進(jìn)行車 刨 鉆 銑等加工 第二階段在1 3 5 0 1 4 5 0 進(jìn)一步氮化 直到全部生成s i 3 n 4 為止 采 用階段升溫?zé)Y(jié)制度 各階段升溫速度與保溫時(shí)間與坯體的大小和形狀有關(guān) 反 應(yīng)燒結(jié)需要較長時(shí)間進(jìn)行 致密化較為困難 但是可以通過添加燒結(jié)助劑 使之 在高溫下與硅表面的氧化硅反應(yīng)產(chǎn)生液相 從而促進(jìn)燒結(jié) 早期使用的燒結(jié)助劑 為m g o y 2 0 3 和a 1 2 0 3 等 以后為了改進(jìn)氮化硅陶瓷高溫性能 常采用混合添 加劑 如y 2 0 3 a 1 2 0 3 或雙稀土氧化物添加劑 氣耗定升溫 的氮化制度 氮化氣體是準(zhǔn)靜態(tài)的 整個(gè)氮化過程基本不排 氣 氮化開始后 因n 2 消耗會造成爐壓下降 在一定時(shí)間間隔內(nèi) 如果檢測到 的爐壓小于控制壓力時(shí) 說明氮化反應(yīng)在繼續(xù) 爐溫維持不變 繼續(xù)供氣 如果 爐壓停留在控制壓力不再下降時(shí) 說明反應(yīng)基本達(dá)到平衡則升高溫度 氮化繼續(xù) 進(jìn)行 直到檢測到下一次平衡 這種制度克服了階段升溫和超溫氮化的所有缺點(diǎn) 特別是不存在反應(yīng)過熱問題 所以提高了產(chǎn)品性能 第一章緒論 圖1 2 氮化硅反應(yīng)燒結(jié)流程圖 f i g h 2f l o wc h a r to fr b s n 圖1 2 是反應(yīng)燒結(jié)氮化硅的流程圖 此工藝的主要特點(diǎn)有 1 邊反應(yīng)邊燒 結(jié) 控制生坯密度和氮化工藝是獲得性能優(yōu)良制品的關(guān)鍵 受其反應(yīng)機(jī)理限制 對于厚度大于l o m m 的制品 必須加入催化劑 例如 f e 2 0 3 c a f 2 b a f 2 或c 等 加入量l 4 左右 2 燒結(jié)前后坯體尺寸變化很少 線收縮約為1 左右 容易制成形狀復(fù)雜和尺寸精度高的部件 3 制品內(nèi)包含了1 5 3 0 的氣孔 材 料力學(xué)性能比其他致密燒結(jié)工藝的低 4 工藝要求相對簡單 設(shè)備投資少 適 宜于大批量生產(chǎn) 制品價(jià)格低廉 所以發(fā)展較早 較快 是目前投放市場的氮化 硅制品的主要品種 1 3 2 氮化硅陶瓷的其它制備方法 s i 3 n 4 的制備方法很型2 1 表1 2 為常用燒結(jié)工藝及其特點(diǎn) 通常根據(jù)所采用 的燒結(jié)工藝對氮化硅陶瓷進(jìn)行分類 第一章緒論 表1 2s i 3 n 4 陶瓷制品的燒結(jié)方法 壘 曼 也 生堅(jiān)i l l lm e i h o d s o fs 1 3 n 4 c e 舢墮 一一m l l l l 一l 一 燒結(jié)方法原料助劑 主要工藝特點(diǎn) 產(chǎn)品壁延 反應(yīng)燒結(jié) s i成型氮化合成 二次燒結(jié)s i y 2 0 3 m g o 常壓燒結(jié) s i 3 n 4y 2 0 3 a 1 2 0 3 氣氛燒結(jié) s i 3 n 4m g o s i y 2 0 3 a 1 2 0 3 硅粉一坯體一燒結(jié)體 成型氮化合成二次燒結(jié) 硅粉一坯體一前驅(qū)體一燒 結(jié)體 成型燒結(jié) 氮化硅粉一坯體一燒結(jié)體 熱壓燒結(jié) s i 3 n 4m g o 單向或雙向加壓 y 2 0 3 a 1 2 0 3 氮化硅粉一燒結(jié)體 超高壓燒結(jié)s i 3 n 4 熱等靜壓燒s i 3 n 4y 2 0 3 a 1 2 0 3 成型等靜壓 結(jié)氮化硅粉一坯體一燒結(jié)體 一般形狀制品 氣孔率高 尺寸精度良好 強(qiáng)度較低 一般形狀制品 致密 收縮 率小 一般形狀制品 致密 低溫 強(qiáng)度高 高溫強(qiáng)度下降 一般形狀制品 致密 低溫 強(qiáng)度高 高溫強(qiáng)度下降 添 加劑量減少 單純形狀制品 致密 強(qiáng)度 高 各向異性 微小片狀 致密 無添加劑 致密 強(qiáng)度高 結(jié)構(gòu)均勻 微量添加劑 化學(xué)氣相沉s i c h 薄層產(chǎn)品 純度高 各向異 積n h 性 厚坯不可用 1 常壓燒結(jié)氮化硅 p r e s s u r e l e s ss i n t e r i n g p l s 常壓燒結(jié)以高純 超細(xì) 高c 相含量的氮化硅粉末與少量助燒劑混合 通過 成型 燒結(jié)等工序制備而成 燒結(jié)過程中 0 t 相向液相溶解 之后析出在p s i 3 n 4 晶核上變?yōu)閐 s i 3 n 4 有利于燒結(jié)致密化 燒結(jié)時(shí)必須通入氮?dú)?抑制s i 3 n 4 的高 溫分解 常壓燒結(jié)可獲得形狀復(fù)雜 性能優(yōu)良的陶瓷 缺點(diǎn)是燒結(jié)收縮率較大 一般為1 6 2 6 易使制品開裂變形 2 熱壓燒結(jié)氮化硅 h o t p r e s s e ds i l i c o nn i t r i d e h p s n 采用a 相含量 9 0 的s i 3 n 4 細(xì)粉和少量添加劑 如m g o a 1 2 0 3 m g f 2 或f e 2 0 3 等 充分磨細(xì) 混合均勻 放入石墨模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié) 熱壓溫度 1 6 0 0 1 8 0 0 c 壓力2 0 3 0 m p a 保壓2 0 1 2 0 m i n 整個(gè)操作在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行 使用燒結(jié)助劑雖然促進(jìn)燒結(jié) 但冷卻時(shí)液相?；嬖谟诰Ы?使制品高溫強(qiáng)度降 低和蠕變性能變差 熱壓燒結(jié)s i 3 n 4 密度高 氣孔率接近零 彎曲強(qiáng)度1 0 0 0m p a 斷裂韌性5 8m p a m 1 尼 強(qiáng)度在高溫 1 0 0 0 1 1 0 0 不下降 缺點(diǎn)在于只能制造形 第一章緒論 狀簡單的制品 同時(shí)熱壓燒結(jié)后b 相具有方向性 導(dǎo)致性能具有方向性 限制了 其使用范圍 此外 由于硬度高 熱壓后加工到所需的形狀尺寸非常困難 3 無壓燒結(jié)氮化硅 s i n t e r e ds i l i c o nn i t r i d e s s n 采用a 相含量 9 0 的s i 3 n 4 細(xì)粉料并加入適量燒結(jié)助劑 如z r 0 2 y 2 0 3 a 1 2 0 3 m g o l a 2 0 3 等 燒結(jié)助劑可單獨(dú)加入 也可復(fù)合加入 效果較好 原 料粉末充分混勻并冷壓成型 成型坯體經(jīng)排膠后 在氮?dú)鈿夥障? 7 0 0 18 0 0 燒 結(jié) 一般選擇涂有b n 的石墨坩堝 加上比例為s i 3 n 4 b n m g o 5 0 4 0 1 0 的均勻混合埋粉 將成型坯體覆蓋 提高氮?dú)鈮毫τ欣跍p少氮化硅的熟分解 提高材料的致密度 無壓燒結(jié)s i 3 n 4 的燒成收縮約為2 0 相對密度可達(dá) 9 6 9 9 可以制造形狀復(fù)雜的產(chǎn)品 性能優(yōu)于反應(yīng)燒結(jié)氮化硅 成本低 但由 于坯體中玻璃相較多 影響材料的高溫強(qiáng)度 由于燒成收縮較大 產(chǎn)品易開裂變 形 4 反應(yīng)燒結(jié)重?zé)Y(jié)氮化硅 p o s t s m t e r e dr b s n p sr b s n 將含有添加劑的反應(yīng)燒結(jié)氮化硅在一定氮?dú)鈿夥諌毫ο?在更高溫度下再次 燒結(jié) 使之進(jìn)一步致密化 也稱為二次反應(yīng)燒結(jié)s i 3 n 4 重?zé)Y(jié)時(shí)的添加劑可在 硅粉球磨時(shí)直接加入 也可在重?zé)Y(jié)時(shí)將添加劑加入硅粉之中 使用較多的添加 劑有m g o y 2 0 3 a 1 2 0 3 l a 2 0 3 t i 0 2 等 為了抑制s i 3 n 4 的高溫分解 在重?zé)?結(jié)過程中必須保持較高的氮?dú)鈮毫?重?zé)Y(jié)可將反應(yīng)燒結(jié)后s i 3 n 4 中的氣孔率減 小到5 左右 燒成收縮較小 既具有較高的密度和強(qiáng)度 又可做成形狀復(fù)雜 尺寸精確的制品 5 熱等靜壓氮化硅 h o t i s o s t a t i c l l yp r e s s e ds i l i c o nn i t r i d e h i p s n 熱等靜壓法在1 9 5 5 年由美國b a t t e l l ec o l u m b u s 實(shí)驗(yàn)室的s a i l e r 等人首先研 制成功 其基本原理是 以氣體作為壓力介質(zhì) 使材料 粉末 素坯或燒結(jié)體 在加熱過程中經(jīng)受各向均衡的壓力 借助高溫和高壓的共同作用促進(jìn)材料的致密 化 熱等靜壓燒結(jié)封裝或經(jīng)預(yù)燒的無封裝陶瓷部件 大都在高溫高壓下進(jìn)行 對 氮化硅陶瓷而言一般為2 0 0 m p a 2 0 0 0 有利于獲得高密度和結(jié)構(gòu)均勻的陶瓷 材料 克服了無壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)工藝所存在的一些缺陷 但熱等靜壓設(shè)備投資 大 工藝復(fù)雜 且素坯必須進(jìn)行包套處理 導(dǎo)致產(chǎn)品的成本很高 限制了該工藝 的廣泛應(yīng)用 除以上幾種方法外 還可采用氣氛壓力燒結(jié)法 化學(xué)氣相沉積法 放電等離 子體燒結(jié)法以及微波燒結(jié)法等制備氮化硅材料 以滿足社會對材料性能越來越高 的要求 第一章緒論 1 4 多孔陶瓷的制備技術(shù) 顧名思義 多孔陶瓷是一類包含大量孔隙的陶瓷材料 是由眾多的氣孔在空 間通過各種方式排列而成的一類材料 是當(dāng)前材料科學(xué)中發(fā)展較為迅速的一種材 料 6 1 多孔陶瓷以特殊的多孔結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出許多特殊性能 如滲透性好 高比表 面積 低熱導(dǎo)率 吸收能量等 這些特征為多孔陶瓷找到了許多不同的應(yīng)用 多 孔陶瓷材料作為過濾與分離裝置 隔熱材料 燃燒器 催化劑載體 傳感器 吸 聲材料 阻尼材料 多孔電極 隔膜材料 離子交換 干燥劑等已廣泛應(yīng)用于航 空航天 電子與通信 原子能 電化學(xué) 石油化工 交通運(yùn)輸 冶金 機(jī)械 醫(yī) 學(xué) 環(huán)保 建筑等領(lǐng)域 在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了重要的作用 就目前來看 多孔陶瓷雖已有了很大程度的發(fā)展 但仍存在以下問題有待解 決 8 9 1 對多孔陶瓷結(jié)構(gòu)的精確控制 特別是對影響孔徑大小及分布 孔結(jié)構(gòu) 等因素的系統(tǒng)分析有待完善 2 合理調(diào)節(jié)氣孔率與強(qiáng)度的關(guān)系 3 降低材料成 本 4 材料熱機(jī)械性能有待進(jìn)一步提高 多孔陶瓷的制備技術(shù)很關(guān)鍵 其結(jié)構(gòu)和使用性能都受到其制備工藝的控制 隨著多孑l 陶瓷研究的深入 制備方法也越來越豐富嶺j 1 4 1 添加造孔劑法 本工藝在多孔陶瓷制備中具有廣泛的應(yīng)用 它是通過在陶瓷配科中添加揮發(fā) 性或可燃性造孔劑 利用這些造孔劑在高溫下?lián)]發(fā)或燃盡而在陶瓷體中留下孔 隙 由此法可制得形狀復(fù)雜 孔隙結(jié)構(gòu)各異的多孔制品 其工藝類似于普通陶瓷 工藝 陶瓷粉料與備選的有機(jī)粉料混合 壓制 然后燒成制得多孔陶瓷 其孔隙 的體積含量 尺寸和分布等取決于這些易消失相的數(shù)量和尺寸 且開口氣孔率隨 造孔劑用量的增大而提高 當(dāng)造孔劑達(dá)到一定含量時(shí) 開孔率即與總孔率十分接 近 其中的淀粉還可同時(shí)作為粘結(jié)劑和造孔劑 另外 也可由陶瓷粉料與難熔化 而易溶解的無機(jī)鹽混合成型 燒結(jié)后通過溶劑侵蝕得到多孔陶瓷制品 一般來說 提高燒結(jié)溫度和延長保溫時(shí)間會降低氣孔率 從而可以增大密度并提高孔壁強(qiáng)度 和整體強(qiáng)度 用該法制備多孔陶瓷 氣孔率一般在5 0 以下 添加造孔劑法制備 多孔陶瓷的工藝流程與普通的陶瓷工藝流程相似 這種工藝方法的關(guān)鍵在于造孔 劑種類和用量的選擇 造孔劑的種類有無機(jī)和有機(jī)兩類 無機(jī)造孔劑有碳酸銨 碳酸氫銨 氯化銨 等高溫可分解鹽類 以及其它可分解化合物如煤粉 炭粉等 有機(jī)造孔劑主要是 一些天然纖維 高分子聚合物和有機(jī)酸等 如鋸末 萘 淀粉 聚乙烯醇 尿素 甲基丙烯酸甲酯 聚氯乙烯 聚苯乙烯等 這些造孔劑在高溫下完全分解而在陶 第一章緒論 瓷基體中產(chǎn)生氣體 從而制得多孔材料 這種方法可以通過調(diào)節(jié)造孔劑顆粒的大 小 形狀及分布來控制孔的大小 形狀及分布 因而簡單易行 造孔劑加入的目 的在于促使氣孔率增加 但必須滿足下列三個(gè)要求 在加熱過程中易于排除 排 除后在基體中無有害殘留物 不與基體反應(yīng) 上述造孔劑均在遠(yuǎn)低于基體陶瓷燒結(jié)溫度下分解或揮發(fā) 由于是在較低溫度 形成孔 因此很可能有一部分 特別是較小的孔 會在以后的高溫?zé)Y(jié)時(shí)封閉 造成透過性能的降低 而采用另一類型的造孔劑 可以克服這些缺點(diǎn) 這種類型 造孔劑的特點(diǎn)是 造孔劑在基體陶瓷燒結(jié)溫度下不排除 基體燒成后 用水 酸 或堿溶液浸出造孔劑而成為多孔陶瓷 這類造孔劑包括熔點(diǎn)較高而又可溶于水 酸或堿溶液的各種無機(jī)鹽或其他化合物 要求在陶瓷燒結(jié)溫度下不熔化 不分解 不燒結(jié) 不與基體陶瓷反應(yīng) 這類造孔劑特別適用于玻璃質(zhì)較多的多孔陶瓷或多 孔玻璃的制造 目前 在添加造孔劑制備多孔陶瓷的工藝中 尚有兩個(gè)重要因素必須加以考 慮 一是混料問題 造孔劑與陶瓷原料必須混合均勻 否則產(chǎn)品的孔徑分布將會 極不均勻 甚至?xí)霈F(xiàn)重大缺陷 二是燒成過程中造孔劑本身分解產(chǎn)生的氣體的 排除問題 一定要明確其排除溫度范圍 在此溫度范圍內(nèi) 緩緩升溫或保溫 以 確保不會出現(xiàn)閉合氣孔或裂紋等缺陷 1 4 2 多孔陶瓷的其它制備方法 1 粉末直接燒結(jié)法 本方法是利用陶瓷顆粒自身具有的燒結(jié)性能將陶瓷顆粒堆積體燒結(jié)在一起 而形成多孔陶瓷的 在骨料中加入相同組分的微細(xì)陶瓷顆粒 由于微細(xì)顆粒易于 燒結(jié) 在一定溫度下可將大顆粒骨料連接起來 每一個(gè)骨料顆粒僅有幾個(gè)點(diǎn)與其 他顆粒發(fā)生連接 可形成大量的三維貫通孔道 多孔陶瓷平均孔徑隨骨料顆粒增 大而增大 孔隙分布的均勻度隨骨料顆粒尺寸范圍的減小而提高 用此法可經(jīng)濟(jì) 地制得孔徑細(xì)小 分布均勻的多孔陶瓷產(chǎn)品 2 漿料固結(jié)法 1 漿料發(fā)泡法利用陶瓷懸浮液進(jìn)行發(fā)泡 得出的產(chǎn)品都有較高的強(qiáng)度 這是一個(gè)十分誘人的特點(diǎn) 本法的原理是在陶瓷懸浮液中產(chǎn)生分散的氣相而發(fā) 泡 懸浮液一般由陶瓷材料 水 聚合物粘結(jié)劑 表面活性劑和凝膠劑等組成 懸浮液中泡沫的產(chǎn)生方式可通過機(jī)械發(fā)泡 注射氣流發(fā)泡 放熱反應(yīng)釋放氣體發(fā) 泡 低熔點(diǎn)溶劑 如氟里昂 蒸發(fā)發(fā)泡 發(fā)泡劑分解發(fā)泡等 2 纖維纏結(jié)法采 用易去除的纖維材料在燒結(jié)過程中燒去的途徑制各具有定向排列連續(xù)孔隙的多 孔陶瓷 將棉線等易去除的纖維 或纖維束 拉經(jīng)漿料而涂覆 層陶瓷漿料 然 第一章緒論 后由涂覆線的纏繞制得生坯 通過干燥 燒