Si_3N_4的结构状态对放电等离子烧结制备Sialon陶瓷的影响
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Ｓａ ｎ为原料 ，加 入 Ｓ、Ａｌ ｉｏ ｌ ｉ 、Ａｌ ｚ 氛 中烧 ｚ 、Ｎ 气 Ｏ 结成 型，生成复相。 Ｓａｏ ［ ｉｌｎ材料 。而采用放 电等 修
２ ０世纪 ７ ０年代 初 日本 的 Ｏ ａ ｙ ｍａ与 Ｋａ ｇ ｉ ｍｉｏｔ ｏ 和 英 国的 Ｊｃ 与 Ｗｉ ｏ ａｋ ｌ ｎ瞳） １６ － ，男，河北乐亭人 ，博士，教授 ，主要研究方 向为超硬复合材料及先进陶瓷材料 ； 通信作者：于明智 （９ ２） １５ 一 ，男，辽宁锦州人 ，研究员，博士生导师，主要研究方向为超硬材料、超硬 复合材料及特种化合物 ，Ｅ ｉ ｍａｈ ｗｍｚ ｗ＠ｙｕ ｅ ｕ ｃ 。 ｓ． ｄ ． ｎ
Ｓ３ ４ ｉ 的结 构 状 态 对 放 电等 离 子 Ｎ 烧结 制 备 Ｓａ ｎ陶 瓷 的影 响 ｉｌ ｏ
赵 玉成 张文 娜 ， ，宋 文灿 ，王 明 智
（ ．燕山大学 亚稳材料制备技术与科 学国家重点实验 室，河北 泰皇 岛 ０６ ０ ；２ １ ６ ０ ４ ．燕山大学 电气３程 学院， －
河北 秦皇 岛 ０ ６ ０ ） ６ ０ ４
摘
要 ： 以纳 米 非 晶－ｉ Ｓ３ 、微 米ｎＳ， 、微 米 Ａ１ 纳 米 Ａ１ 纳 米 Ｙ０， 初 始 原料 ，采 用 放 电等 离 子 烧 结 Ｎ —ｉ Ｎ Ｎ、 ｚ 和 ０ ： 为
工 艺制 备 了 Ｓａｏ 瓷 。通 过 调整 配 方 中 Ｓ 对 应 原 料 的种 类 ，研 究 了不 同结 构 的 Ｓ 对 合 成 Ｓａ ｎ陶 瓷 的 ｉｌ ｎ陶 ｉ ｉ ｉｏ ｌ 影 响 。通 过 Ｘ Ｄ 和 Ｓ Ｍ 对试 样 的物 相 和 显 微 结 构进 行 了表 征 ，同 时测 试 了试 样 的 体 积 密度 、抗 弯 强 度 、 断裂 Ｒ Ｅ 韧 性 和 维 氏硬 度 。实验 结 果 表 明 ，配 方 中 的 Ｓ， 全 部采 用 ｎＳ Ｎ ，经 Ｓ Ｓ烧 结 后可 获 得 －ｉｏ ｉ Ｎ４ —ｉ Ｐ Ｓａ ｎ陶 瓷 ， 当 用 ｌ 纳 米 非 晶一ｉ 步 替 换口Ｓ， 时 ，所 合 成 的 Ｓａ ｎ陶瓷 中的 ｎＳａ ｎ晶相 的相 对 含 量 减 少 ；当全 部 采 用 纳 米 非 ｓ１ 逐 Ｎ 一ｉ Ｎ４ ｉｌ ｏ —ｉｌ ｏ 晶一ｉ 时 ，则 试 样 中 仅含 有 Ｓａ ｎ相 。 Ｓ， Ｎ 一ｉｌ ｏ 关键 词 ：放 电等 离 子烧 结 ；Ｓａｏ 瓷 ； 抗弯 强度 ；断 裂 韧 性 ｉ ｎ陶 ｌ 中 图分 类 号 ：Ｔ ７ Ｑ１ ４ 文 献标 识 码 ：Ａ Ｄ ： １ ． ６ ￣ｉｓ ．０ ７７ １ ．０ ２０ ，０ ＯＩ ０３ ９ ． ｎ１ ０ —９ Ｘ２ １ ．３０ ９ ９ ｓ
结构和性 能的影响 。
体构型 。
在单相 Ｓａ ｎ 陶瓷 中，具有较好 性能 的是 ｉｌ ｏ 一 Ｓａｏ ｉｌｎ和 Ｓａ ｎ 等轴 状ａＳａｏ 一ｉｌ 。 ｏ —ｉｌｎ具 有较高 的硬度 和 出色 的耐磨性 ；而具有长 晶粒 形态 的 Ｓａ ｎ则 一ｉｌ ｏ 有最 高的室温断裂韧 性 ， 二者进行 复合可 以使 复 将 相 Ｓａｏ 陶瓷材料具 有更加优异 的性能 ，满足材 ｉｌｎ
Ａｌ 中的 Ａｌ ０ 原子和 Ｏ原子部分置换 Ｓ３ ４ ｉ 中的 Ｓ Ｎ ｉ
原予和 Ｎ 原 子而形成 的一大 类 固溶体 的总称 。由
于 Ａ 和 Ｏ 的固溶状态 不同 ，可 以得 到 －ｉｌｎ ｌ Ｓａｏ 、
．
离 子烧 结工 艺 制备 复 相 一 ｉ ｏ 的文献 报 道 不 Ｓａ ｎ ｌ
料在 极端 苛刻条件 下的使用要求 。
１ 实 验
选用 Ｓ， （ －ｉ 粉 纯度 ９ ％， Ｎ ９ 平均粒度 ０５ ． ｍ） 、 非晶 Ｓ 粉 （ ｉ 纯度 ９ ％，平均粒 度 ２ ｎ 、Ａ１ ９ ０ ｍ） Ｎ 粉 （ 纯度 ９ ％，平 均粒度 ０５岬 ） １ ， （ ９ ． 、Ａ ： 粉 纯 Ｏ 度 ９ ％，平 均粒度 ３ ｍ） ９ ０ｎ ；Ｙ ， （ Ｏ 粉 纯度 ９ ％， ９
多 ，因此 本文 以 一ｉ ｏ 复 相 陶瓷配方 为基础 ， Ｓａ ｎ ｌ
Ｓａｏ 、Ｏ Ｓａｏ 、Ｘ 相 、Ａ１ 多型体等 多种 晶 ｉｌｎ — ｉ ｎ ｌ Ｎ
采用 不 同结构状 态的 Ｓ。 作 为初 始原料 ，利 用放 ｉ Ｎ 电等 离子烧结工 艺的快速升温 、 快速烧结致 密化 的 特 点 ［］ 进行 复相 一 ｉ ｏ ５ － ９ Ｓａ ｎ陶瓷 的合 成 ，考察 了 ｌ 初始 原料 Ｓ３ ｉ 的不同结构状态 对复相 Ｓａ ｎ陶 瓷 Ｎ ｉｌ ｏ
对 于复相 一ｉｌ Ｓａ ｎ的制备 ，大 多依据相 图和 ｏ 组分 点的设计 ，采用无 压烧结 、热压烧 结 、热等静 压烧结 以及 微波烧 结等工艺来实施 。 徐更夫等 利
收稿 日期 ：２ １—１１ ０ １１—９
基 金项 目：河北省 自然科学基金资助项 目 （ ２ １０ １７ ，Ｅ ０ ９ ０ ３ ７ Ｅ ０ ０ ０ １７ ２ ００ ０ ６ ）
第３ ６卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ５月
燕 山大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｎ ｈ ｎＵｎｖ ｒ ｉ ｏ ｒ ａ Ｙａ ｓ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｙ
ＶＯ１ ６ ．３ ＮＯ． ３
Ｍ ａ ２０１ ｖ ２
文章编号：１ ０ —９ （０ ）０ －２ ００ ７７ １ ２ １ ３０ ３ ・５ ０ Ｘ ２
０ 引 言
Ｓａｏ （ ｉｃ ｎ ｕ ｎ ｍ ｘ ｎ￣ ｄ ）陶瓷是 ｉ ｎ Ｓｌ ｏ ｍｉ Ｏ ｙ ｉ ｉｅ ｌ ｉ Ａｌ ｕ
用 Ｓａ ｎｆ Ｓ３ －ｉｌｎＹ Ｇ 相 图，按照 原始 一 ｉ ｏ －—ｉ ｌ ｌ Ｎ Ｓａｏ — Ａ 名 义组成 点 ： ２ ８ （ 积分 数） ＝ ０： ０ 体 ，用 Ｓｌ 、 ｉ １ Ｎ Ａ１ Ｎ、ＡＩ Ｏ 粉 体 作为原 料 ，采用 微波烧 结 、Ｙ。 ， Ｏ 工 艺制 备 了复相仅 Ｓａｏ 材料 。毕长泉等 以 — －ｉｌｎ
２ ０世纪 ７ ０年代 初 日本 的 Ｏ ａ ｙ ｍａ与 Ｋａ ｇ ｉ ｍｉｏｔ ｏ 和 英 国的 Ｊｃ 与 Ｗｉ ｏ ａｋ ｌ ｎ瞳） １６ － ，男，河北乐亭人 ，博士，教授 ，主要研究方 向为超硬复合材料及先进陶瓷材料 ； 通信作者：于明智 （９ ２） １５ 一 ，男，辽宁锦州人 ，研究员，博士生导师，主要研究方向为超硬材料、超硬 复合材料及特种化合物 ，Ｅ ｉ ｍａｈ ｗｍｚ ｗ＠ｙｕ ｅ ｕ ｃ 。 ｓ． ｄ ． ｎ
Ｓ３ ４ ｉ 的结 构 状 态 对 放 电等 离 子 Ｎ 烧结 制 备 Ｓａ ｎ陶 瓷 的影 响 ｉｌ ｏ
赵 玉成 张文 娜 ， ，宋 文灿 ，王 明 智
（ ．燕山大学 亚稳材料制备技术与科 学国家重点实验 室，河北 泰皇 岛 ０６ ０ ；２ １ ６ ０ ４ ．燕山大学 电气３程 学院， －
河北 秦皇 岛 ０ ６ ０ ） ６ ０ ４
摘
要 ： 以纳 米 非 晶－ｉ Ｓ３ 、微 米ｎＳ， 、微 米 Ａ１ 纳 米 Ａ１ 纳 米 Ｙ０， 初 始 原料 ，采 用 放 电等 离 子 烧 结 Ｎ —ｉ Ｎ Ｎ、 ｚ 和 ０ ： 为
工 艺制 备 了 Ｓａｏ 瓷 。通 过 调整 配 方 中 Ｓ 对 应 原 料 的种 类 ，研 究 了不 同结 构 的 Ｓ 对 合 成 Ｓａ ｎ陶 瓷 的 ｉｌ ｎ陶 ｉ ｉ ｉｏ ｌ 影 响 。通 过 Ｘ Ｄ 和 Ｓ Ｍ 对试 样 的物 相 和 显 微 结 构进 行 了表 征 ，同 时测 试 了试 样 的 体 积 密度 、抗 弯 强 度 、 断裂 Ｒ Ｅ 韧 性 和 维 氏硬 度 。实验 结 果 表 明 ，配 方 中 的 Ｓ， 全 部采 用 ｎＳ Ｎ ，经 Ｓ Ｓ烧 结 后可 获 得 －ｉｏ ｉ Ｎ４ —ｉ Ｐ Ｓａ ｎ陶 瓷 ， 当 用 ｌ 纳 米 非 晶一ｉ 步 替 换口Ｓ， 时 ，所 合 成 的 Ｓａ ｎ陶瓷 中的 ｎＳａ ｎ晶相 的相 对 含 量 减 少 ；当全 部 采 用 纳 米 非 ｓ１ 逐 Ｎ 一ｉ Ｎ４ ｉｌ ｏ —ｉｌ ｏ 晶一ｉ 时 ，则 试 样 中 仅含 有 Ｓａ ｎ相 。 Ｓ， Ｎ 一ｉｌ ｏ 关键 词 ：放 电等 离 子烧 结 ；Ｓａｏ 瓷 ； 抗弯 强度 ；断 裂 韧 性 ｉ ｎ陶 ｌ 中 图分 类 号 ：Ｔ ７ Ｑ１ ４ 文 献标 识 码 ：Ａ Ｄ ： １ ． ６ ￣ｉｓ ．０ ７７ １ ．０ ２０ ，０ ＯＩ ０３ ９ ． ｎ１ ０ —９ Ｘ２ １ ．３０ ９ ９ ｓ
结构和性 能的影响 。
体构型 。
在单相 Ｓａ ｎ 陶瓷 中，具有较好 性能 的是 ｉｌ ｏ 一 Ｓａｏ ｉｌｎ和 Ｓａ ｎ 等轴 状ａＳａｏ 一ｉｌ 。 ｏ —ｉｌｎ具 有较高 的硬度 和 出色 的耐磨性 ；而具有长 晶粒 形态 的 Ｓａ ｎ则 一ｉｌ ｏ 有最 高的室温断裂韧 性 ， 二者进行 复合可 以使 复 将 相 Ｓａｏ 陶瓷材料具 有更加优异 的性能 ，满足材 ｉｌｎ
Ａｌ 中的 Ａｌ ０ 原子和 Ｏ原子部分置换 Ｓ３ ４ ｉ 中的 Ｓ Ｎ ｉ
原予和 Ｎ 原 子而形成 的一大 类 固溶体 的总称 。由
于 Ａ 和 Ｏ 的固溶状态 不同 ，可 以得 到 －ｉｌｎ ｌ Ｓａｏ 、
．
离 子烧 结工 艺 制备 复 相 一 ｉ ｏ 的文献 报 道 不 Ｓａ ｎ ｌ
料在 极端 苛刻条件 下的使用要求 。
１ 实 验
选用 Ｓ， （ －ｉ 粉 纯度 ９ ％， Ｎ ９ 平均粒度 ０５ ． ｍ） 、 非晶 Ｓ 粉 （ ｉ 纯度 ９ ％，平均粒 度 ２ ｎ 、Ａ１ ９ ０ ｍ） Ｎ 粉 （ 纯度 ９ ％，平 均粒度 ０５岬 ） １ ， （ ９ ． 、Ａ ： 粉 纯 Ｏ 度 ９ ％，平 均粒度 ３ ｍ） ９ ０ｎ ；Ｙ ， （ Ｏ 粉 纯度 ９ ％， ９
多 ，因此 本文 以 一ｉ ｏ 复 相 陶瓷配方 为基础 ， Ｓａ ｎ ｌ
Ｓａｏ 、Ｏ Ｓａｏ 、Ｘ 相 、Ａ１ 多型体等 多种 晶 ｉｌｎ — ｉ ｎ ｌ Ｎ
采用 不 同结构状 态的 Ｓ。 作 为初 始原料 ，利 用放 ｉ Ｎ 电等 离子烧结工 艺的快速升温 、 快速烧结致 密化 的 特 点 ［］ 进行 复相 一 ｉ ｏ ５ － ９ Ｓａ ｎ陶瓷 的合 成 ，考察 了 ｌ 初始 原料 Ｓ３ ｉ 的不同结构状态 对复相 Ｓａ ｎ陶 瓷 Ｎ ｉｌ ｏ
对 于复相 一ｉｌ Ｓａ ｎ的制备 ，大 多依据相 图和 ｏ 组分 点的设计 ，采用无 压烧结 、热压烧 结 、热等静 压烧结 以及 微波烧 结等工艺来实施 。 徐更夫等 利
收稿 日期 ：２ １—１１ ０ １１—９
基 金项 目：河北省 自然科学基金资助项 目 （ ２ １０ １７ ，Ｅ ０ ９ ０ ３ ７ Ｅ ０ ０ ０ １７ ２ ００ ０ ６ ）
第３ ６卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ５月
燕 山大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｎ ｈ ｎＵｎｖ ｒ ｉ ｏ ｒ ａ Ｙａ ｓ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｙ
ＶＯ１ ６ ．３ ＮＯ． ３
Ｍ ａ ２０１ ｖ ２
文章编号：１ ０ —９ （０ ）０ －２ ００ ７７ １ ２ １ ３０ ３ ・５ ０ Ｘ ２
０ 引 言
Ｓａｏ （ ｉｃ ｎ ｕ ｎ ｍ ｘ ｎ￣ ｄ ）陶瓷是 ｉ ｎ Ｓｌ ｏ ｍｉ Ｏ ｙ ｉ ｉｅ ｌ ｉ Ａｌ ｕ
用 Ｓａ ｎｆ Ｓ３ －ｉｌｎＹ Ｇ 相 图，按照 原始 一 ｉ ｏ －—ｉ ｌ ｌ Ｎ Ｓａｏ — Ａ 名 义组成 点 ： ２ ８ （ 积分 数） ＝ ０： ０ 体 ，用 Ｓｌ 、 ｉ １ Ｎ Ａ１ Ｎ、ＡＩ Ｏ 粉 体 作为原 料 ，采用 微波烧 结 、Ｙ。 ， Ｏ 工 艺制 备 了复相仅 Ｓａｏ 材料 。毕长泉等 以 — －ｉｌｎ