图6 90wt%Si3N4-5wt% MgO-5wt% Y2O3的氮化硅陶瓷试样的EDS图
图7为添加了5wt% MgO-5wt% Y2O3烧结助剂的氮化硅陶瓷试样断口形貌的SEM扫描图,图中显示出,断口形貌是参差不齐和凹凸不平的。大量柱状晶体的掉落,在断口处留下了一些坑和大的凸台。在表面上还可以观察到被拉直或撕开的柱状晶粒。氮化硅陶瓷的断裂机制为晶间断裂和穿晶断裂共存,以晶间断裂为主。
图7 90wt%Si3N4-5wt% MgO-5wt% Y2O3的氮化硅陶瓷试样断口的SEM图
烧结助剂用量较多时,形成较充足的液相,有利于液相传质,促进了长柱状晶粒的生长,同时由于充足的液相可填充气孔, 促进了致密化。随着烧结助剂含量的降低, 一方面组成材料的长柱状晶粒的长径比逐渐减小另一方面, 材料的致密化程度也有所降低。
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3.结论
(1) 在1650℃时进行烧结,发现α-Si3N4不能完全转变成β-Si3N4,将温度升至1750℃后,α-Si3N4可完全转变成β-Si3N4。
(2) 在常压烧结中,初始粉末的晶粒尺寸越小,氮化硅烧结越容易得到较高的性能参数。但超细的氮化硅颗粒容易凝聚成大尺寸颗粒,在烧结时,这些大尺寸颗粒极其容易造成试样内部出现微孔和微裂纹,进而影响样品性能。5μm的晶粒尺寸对于氮化硅陶瓷烧结而言比较合适。
(3)5wt% MgO -5wt% Y2O3的组合对烧结的促进作用是最明显的,得到的性能参数最理想,其抗弯强度为514.9 MPa,相对密度为97.6%、维氏硬度为15.8 GPa以及断裂韧性为9.65 MPa.m?。
(4)随着样品的烧结温度升高,材料的致密化程度增加,力学性能提高。延长烧结保温时间也将促进材料致密化,且力学性能有较大幅度的提高。随着烧结助剂含量的降低,材料的抗弯强度和断裂韧度均有所下降,但材料的硬度变化不大。
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致谢
特别感谢凤仪老师在我本科论文创作期间给予的支持和关心,凤老师在科研上的严谨细致、一丝不苟以及在生活上的和蔼可亲、平易近人让我受益匪浅;凤老师那循循善诱的教导和不拘一格的思路给予了我无尽的启迪。导师的关心和教导不但使我掌握了基本的研究方法,而且他渊博的知识和严谨的治学态度也必将使学生终生受益。
在整个毕业设计阶段,凤老师的研究生们不论是在前期的实验阶段还是在后期的论文写作阶段都给予了我们详细的指导。他们认真的将实验设备的使用方法、操作要领教给我们并及时的帮助我们排除故障,向我们提出了诸多切合课题的建议和意见。在此对他们表示真诚的感谢!
在实验过程中,材料科学与工程学院实验中心的老师给予了我们大力的帮助和支持。在我们实验期间给予了仪器设备使用方面的指导,并且尽可能地为我们的实验安排时间,为我们实验的顺利进行提供了充分的实验时间和良好的实验条件。在此向院实验中心的老师们表达诚挚的谢意!
同时作者要感谢身边的同窗好友刘凡、秦磊等同学在学习生活中所给予的帮助,感谢所有关心过、帮助过作者的老师和同学。
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