自蔓延反应烧结氮化硅/氮化硼复相可加工陶瓷
北京科技大学特种陶瓷研究室开发出一种自蔓延反应烧结氮化硅/氮化硼复相可加工陶瓷材料,其应用前景极其广阔。 Si和N2合成Si3N4反应的绝热燃烧温度高,体积有所增加,生成棒状的b-Si3N4相相互交叉,提高了自蔓延反应烧结氮化硅多孔陶瓷的强度,但氮化硅加工性能差。h-BN陶瓷可加工性能好,但烧结性能差。本项目利用h-BN相在氮化硅陶瓷中形成弱界面,当加工时,弱界面上会形成微裂纹,并沿弱界面发生偏转,耗散裂纹扩展的能量使裂纹扩展终止;当载荷继续上升时,在下层的弱结合界面处将产生新的临界裂纹再扩展;如此反复,使裂纹成为跳跃式阶梯状扩展,断裂渐次发生而非瞬间脆断,使氮化硅/氮化硼多孔陶瓷材料具有了好的可加工性能。 本项目原料中采用了一定比例的Si粉,比完全以Si3N4粉为原料的普通烧结工艺节约了原料成本。产品的基本工艺为自蔓延高温合成(燃烧合成)工艺,在气体高压反应器中进行,烧结所需要的能量完全由原料自身放热提供,与其他制备方法(常压烧结、热压烧结、反应烧结)相比较,不需要高温烧结炉长时间烧结,大大节省了能源。本项目工艺简单,烧结速度快,效率高。可制作复杂形状一维,二维的大尺寸陶瓷材料。抗弯强度已做到188MPa,材料可加工性能优良。 已获中国发明专利《ZL 200610089013.6自蔓延反应烧结Si3N4/BN复相可加工陶瓷的方法》。
北京科技大学
2021-04-11