氮化硅基陶瓷材料抗穿甲破坏实验研究
氮化硅陶瓷增韧调研报告
氮化硅陶瓷增韧调研报告1、前言氮化硅陶瓷是典型的高温高强结构陶瓷，具有良好的室温及高温机械性能，强度高，耐磨蚀，抗热震能力强，抗化学腐蚀，低导热系数，密度相对较小，是结构陶瓷中研究最为广泛深入的材料，亦是陶瓷发动机及其它高温结构件、切削工具、耐磨件等的主要候选材料，近几年来仍是人们争相研究的热点材料之一。
但是，已有的研究对氮化硅陶瓷的脆性缺陷仍未获得彻底改善，从而大大限制了它的实际应用。
如何提高氮化硅韧性仍是人们研究的焦点。
目前从事氮化硅陶瓷研究的学者为了提高其韧性，主要从两大方面着手进行韧性改善。
一是通过进行“显微结构设计”来提高氮化硅陶瓷的韧性。
即降低气孔的含量，控制杂质的含量，提高氮化硅陶瓷的密度、纯度；对氮硅陶瓷的晶型、晶粒尺寸、发育完整程度进行控制；对晶界的大小、材质进行调控；对玻璃相的数量、性质、分布状态等进行控制，以求在烧结后获得最佳韧性的显微组织，从而提高氮化硅陶瓷的韧性【1】。
二是在上述基础上开展的“晶界工程”研究。
氮化硅陶瓷常以多晶陶瓷的形式出现，而对多晶材料而言，当晶体较小为微米或纳米级时，晶界状态是决定其电性能、热性能和力学性能等的一个极其重要的因素。
对于氮化硅陶瓷来说，晶界强度，尤其是晶界高温强度是决定其能否作为高温工程材料运用的关键。
氮化硅是强共价键化合物，其自扩散系数很小，致密化所必须的体积扩散及晶界扩散速度很小，同时它的晶界能V gb与粉末表面能V sv的比值(V gb/ V sv) 比离子化合物和金属要大得多，使得烧结驱动力Δv 较小，决定了纯氮化硅无法靠常规的固相烧结达到致密化，必须加入少量氧化物烧结助剂，在高温烧结过程中它们与氮化硅表面SiO2反应形成液相，通过液相烧结成致密体，冷却后该液相呈玻璃态存在于晶界。
而此玻璃相的性能在很大程度上决定了氮化硅陶瓷材料的性能。
为了提高氮化硅陶瓷的高温性能，人们对玻璃晶界结晶化进行了大量的研究工作，称之为“晶界工程”【2】。
氮化硅陶瓷的研究_唐甜甜
2014年第05期吉林省教育学院学报No.05，2014第30卷JOUＲNAL OF EDUCATIONAL INSTITUTE OF JILIN PＲOVINCEVol .30（总365期）Total No .365收稿日期：2014—01—20作者简介：唐甜甜（1993—），女，吉林长春人，河海大学大禹学院，研究方向：水文与水资源。
氮化硅陶瓷的研究唐甜甜（河海大学大禹学院，江苏南京210098）摘要：氮化硅陶瓷是一种有广阔发展前景的耐高温的高强度结构陶瓷。
与其他陶瓷材料相比，氮化硅陶瓷具有较高性能（如强度高、硬度高、抗热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、耐化学腐蚀和很好的高温稳定性、抗氧化性能等），且具有比重小、热膨胀系数低、抗热冲击性好、断裂韧性高等优良性能，因而得到广泛关注，成为一种理想的高温结构材料和高速切削工具陶瓷材料。
本文从氮化硅的结构出发，详细介绍了氮化硅陶瓷的基本性能、制备工艺和应用领域，对氮化硅陶瓷的发展前景进行了展望，以求对该种材料的发展及应用有所帮助。
关键词：氮化硅；陶瓷；高性能中图分类号：TQ174文献标识码：A文章编号：1671—1580（2014）05—0153—02一、氮化硅的特点和应用根据碳化硅的结构、合成方法、形貌等，可以把氮化硅陶瓷分成氮化硅纤维、纳米氮化硅、氮化硅复合材料、氮化硅薄膜、氮化硅陶瓷球五类。
氮化硅纤维：高收率、高性能、耐化学腐蚀、耐高温性能好。
是航天航空、汽车发动机等耐高温部件最有希望的候选材料。
纳米氮化硅：高撕裂强度、拉伸强度、耐磨性、降低内耗、改善橡胶的动态力学和耐热老化。
可用于制作陶瓷、发动机零部件和刀具，或作为抗腐蚀和电磁方面的材料。
氮化硅复合材料：耐高温、低介电、抗蠕变。
用于制作抗氧化高性能导弹的天线罩。
氮化硅薄膜：优良的光电性能、很高的化学稳定性，抗杂质扩散和水汽渗透能力强。
氮化硅陶瓷球：高硬度、高耐磨性、耐腐蚀、耐高温、重量轻、加工精度高、自润滑性、绝缘性。
北京科技大学科技成果——燃烧合成氮化硅基陶瓷
北京科技大学科技成果——燃烧合成氮化硅基陶瓷成果简介在高技术陶瓷领域，先进陶瓷占有极其重要的地位，在诸多的先进陶瓷中，氮化硅基先进陶瓷以其高强度、高韧性、高的抗热震性、高的化学稳定性在先进陶瓷中占有独特的地位，是公认的未来陶瓷发动机中最重要的侯选材料。
并且在国际上氮化硅陶瓷刀具和氮化硅基陶瓷轴承已经形成相当规模的产业。
任何一个跨国刀具公司都有氮化硅基陶瓷刀具的系列产品，足见其在机加工行业中具有不可替代的地位。
但是影响氮化硅陶瓷推广的一个主要因素，是氮化硅粉末价格昂贵，这是由于传统的制取氮化硅粉末的方法耗能高，生产周期长，生产成本高。
本项目采用具有自主知识产权的创新的燃烧合成技术，制取氮化硅陶瓷粉末和氮化硅复合粉末，具有耗能低，生产周期短，杂质含量低，生产成本低等特点，具有广泛的应用前景。
燃烧合成（Combustion Synthesis，CS），又名自蔓延高温合成（Self-Propagating High-Temperature Synthesis，SHS），是利用化学反应自身放热合成材料的新技术，基本上（或部分）不需要外部热源，通过设计和控制燃烧波自维持反应的诸多因素获得所需成分和结构的产物。
自1990年以来，本项目负责人等针对燃烧合成氮化硅陶瓷产业化的一系列关键问题，在气-固体系氮化硅基陶瓷的燃烧合成热力学、动力学和形成机制等方面进行了深入研究后得到的创新成果。
本项目来源于国家自然科学基金项目（1992年1月-1994年12月），国家863课题《高品质氮化硅和碳氮化钛超细粉体的低成本制备技术》（2001AA333080）（2002年3月-2005年3月），及其前期工作。
采用本项目的技术，可以生产符合制作先进陶瓷要求的从全α-Si3N4相到高β-Si3N4相，及不同配比的氮化硅粉末，还可根据用户要求，用此技术生产α-Sialon，β-Sialon和其它各种氮化硅基的复合粉末。
粉末的质量优良而稳定。
Si3N4-Si3N4陶瓷连接的研究进展
Si3N4/Si3N4陶瓷连接的研究进展周 飞 陈 静 罗启富 李志章(浙江大学 杭州310027) (江苏理工大学) (浙江大学)摘 要:本文综述了Si3N4/Si3N4陶瓷连接的研究现状,论述不同连接工艺对接头强度的影响。
关键词:Si3N4,连接,弯曲强度1.引言氮化硅(Si3N4)陶瓷具有一系列优异的物理、化学及力学性能,是发展十分迅速的一类新型高温结构材料。
然而,其固有的脆性导致极小的临界裂纹,增大了陶瓷构件在制作加工中的难度,妨碍了其在工程结构中的应用。
为了扩大陶瓷的应用范围,必须解决陶瓷的接合问题。
陶瓷的接合,特别是陶瓷与金属的接合〔1〕,已成为近几十年研究的对象。
然而,随着氮化硅陶瓷作为热机高温结构材料的计划日趋接近,Si3N4/Si3N4陶瓷的连接研究,已成为人们关注的方向。
有效的陶瓷连接,不仅有利于制备形状复杂的各种构件,而且还能改善陶瓷的可靠性,将对陶瓷的精密制造,产生深远的影响。
在文献〔2〕中,我们论述了Si3N4/金属连接的研究现状。
现在,本文主要综述Si3N4/ Si3N4陶瓷连接的研究现状,论述不同连接工艺对接头强度的影响。
2.活性钎焊活性钎焊是利用钎料中所含有的少量活性元素(如Ti、Zr),与陶瓷反应,形成被钎料浸润的反应层,实现陶瓷/陶瓷(金属)的化学接合。
氮化硅陶瓷是一种共价键化合物,不同于离子键组成的氧化物陶瓷,其连接研究在某种程度上,远不及氧化物陶瓷的深入。
八十年代中期,Naka等〔3〕用非晶态的Cu66Ti34、Cu50Ti50和Cu43Ti57钎料,在1000～1300℃,真空度为5×10-5乇的条件下,进行Si3N4/Si3N4的钎焊研究。
结果表明:在1273K钎焊时,Si3N4/Cu66Ti34/Si3N4的接头强度低于Cu50Ti50、Cu43Ti57钎料形成的接头强度;当T>1273K时,Si3N4/Cu66Ti34/Si3N4的接头强度高于Cu50Ti50、Cu43Ti57钎料形成的接头强度。
陶瓷复合装甲材料研究和发展
新材料技术在军事上的用途也是十分广泛的，用于武器装备可使其升级换代，性能大大提高，目前在军事领域里新材料技术正向高功能化、复合轻量和智能化的方向发展。
陶瓷材料作为一种先进的高技术材料，它具有种高强度、高硬度、耐腐蚀、高耐磨性和重量轻的特点，它不仅应用在坦克的防护上，而且也应用在飞机、舰船、车辆、关键部位的防弹遮蔽层和单兵作战的防护上，它的应用范围越来越广泛。
实践表明，世界上许多先进坦克的防护装甲采用高性能陶瓷后，防护能力明显提高，陶瓷已经成为复合装甲不可缺少的材料之一。
但是，陶瓷材料的易脆性是阻碍它应用的主要原因。
目前，改进陶瓷脆性的研究已取得了较大进展。
主要的途径是通过复合，提高陶瓷的强度、韧性、抗弹性能降低价格，扩大应用领域，提高材料的使用可靠性。
装甲防护的发展史也可以看成是“甲”与“弹”的斗争史，这种“矛”与“盾”的发展是相互并行的。
人们在十分重视研制新的优质抗弹陶瓷的同时，也需要对陶瓷复合装甲的侵彻机理和抗弹机理进行研究；目前对于均质装甲的侵彻和损伤机理的研究在国内外已经发展成熟，而对于由陶瓷组成的复合装甲的侵彻和［１］陶瓷复合装甲材料研究和发展康永柴秀娟１、陕西金泰氯碱化工有限公司技术中心榆林７１８１００２、１ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＳｈａａｎｘｉＪｉｎｔａｉＣｈｌｏｒ－ａｌｋａｌｉＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，ＬＴＤ．Ｙｕｌｉｎ７１８１００Ｃｈｉｎａ；２ＳｈａａｎｘｉＪｉｎｔａｉＣｈｌｏｒ－ａｌｋａｌｉＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，ＬＴＤ．Ｙｕｌｉｎ７１８１００Ｃｈｉｎａ１２ＫＡＮＧＹｏｎｇＣＨＡＩＸｉｕ－ｊｕａｎ陕西金泰氯碱化工有限公司榆林７１８１００、、；１２THE RESEARCH &DEVELOPMENT OF CERAMICCOMPOSITE AMOUR MATERIALS【摘要】陶瓷复合装甲由于在防护领域的应用背景而引起人们的广泛关注。
本文综述了陶瓷复合装甲的研究和发展方向。
穿甲子弹侵彻陶瓷_钢靶板的数值模拟研究
其局限性, 例如, 在模拟陶瓷材料受侵彻破坏时, 需 要模拟陶瓷锥的形成与演化过程、裂纹的扩展和破 碎飞溅等, 这使有限元方法遇到了困难. 因此, 对于 这类高脆性、高压、高应 变率的陶瓷材 料的侵彻问 题, 合理的材料模型成为数值结果有效性的重要前 提, 而算法的选择更不容忽视.
有限 元方 法 较 SPH 算法 有 更 高 的 效 率, 而 SPH 算法处理陶瓷材料抗侵彻问题有其独特的优
收稿日期: 2007- 12- 16 作者简介: 陈斌( 1964- ) , 男, 教授, 研究方向为冲击侵彻及工程防护.
第1期
陈 斌, 等 穿甲子弹侵彻陶瓷/ 钢靶板的数值模拟研究
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势. 本文拟通过对穿甲子弹侵彻陶瓷/ 金属复合靶进 行 FE2SP H 耦合计算, 从而最大限度地发挥 2 种方 法的优点, 在提高计算精度和准确性的同时保证了 计算效率.
P = 5是不合理的.
图 2 修正后的 N- Û E 关系曲线
通过比较数值模拟结果与试验结果发现, 两者 吻合较好, 表明初速度 v0 = 400~ 800 m/ s 时, 对参 数的修正是合理可靠的.
2 侵彻模型
鉴于中心入射问题的对称性, 建立 1/ 4 模型, 如 图 3 所示. 弹丸采用简化模型并划分为有限元网格, 弹芯直径 6. 2 mm, 长 26. 4 mm; 弹头壳均匀覆盖于 弹芯表面, 平均厚度 0. 55 mm; 弹丸总质量 7. 7 g. 陶瓷/ 金属复合靶板由 AD95 陶瓷面板和 Q235 低 碳钢背板通过玻纤环氧树脂粘接而成. 陶瓷板为正 方形, 边长 80 mm, 3 种厚度为 6. 0、7. 0、8. 0 mm. 将 陶瓷面板中心区域( 40 mm @40 mm) 离散为光滑粒 子, 而其它区域划分为有限元网格. 背板为正方形, 边长 200 mm, 厚度 1. 4~ 2. 8 mm, 边界为 单向支 承. 整个背板均划分为有限元网格.
微米级Si3N4-hBN复合陶瓷热压制备与力学性能研究毕业论文
微米级Si3N4-hBN复合陶瓷的制备与性能研究摘要针对氮化硅（Si3N4）陶瓷在工程应用过程中断裂韧性较差，不能满足使用要求，特别是在高应力场合下很容易发生脆性断裂等一系列缺陷的存在大大限制了氮化硅陶瓷的广泛应用等情况。
本文试图以氮化硅（α-Si3N4）为基体相，氮化硼（hBN）为第二相，配合相应复合助剂（Al2O3+Y2O3）烧结成复合陶瓷，研究不同烧结方法及不同实验变量下复合陶瓷的物理力学性能、摩擦学性能和微观形貌等的异同并获得以下几个结论：1）常压烧结下，气氛的保护、烧结温度以及压力施加都会对复合陶瓷的性能产生很大的影响，并且由于烧结温度比较低，复合陶瓷的力学性能比较一般。
2）热压烧结下，随着hBN含量的增加，复合材料的体积密度将会持续下降；气孔率先是急剧下降再又趋于平缓；复合材料的弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度都持续下降；复合材料的断裂方式逐渐由穿晶断裂为主向沿晶断裂为主转变，表明复合材料的韧性相对有所提高，复合陶瓷综合性能在不断提高。
3）hBN作为第二相的加入对复合陶瓷的摩擦学性能（包括摩擦因数、磨损率和磨损量）都有很大的影响。
关键词：Si3N4-hBN复合陶瓷，常压烧结，热压烧结，力学性能，摩擦学性能Micron Preparation and Properties of Si3N4-hBN CompositeCeramicsABSTRACTFor silicon nitride (Si3N4) ceramic fracture in engineering application process toughness poor, can not meet the requirements, especially in the presence of high stress situations are prone to brittle fracture and a series of defects in the silicon nitride ceramic greatly limits the widespread applications and so on.This paper attempts to silicon nitride (α-Si3N4) as the matrix phase, boron nitride (hBN) for the second phase, with the corresponding compound additive (Al2O3+ Y2O3) sintered composite ceramic, Similarities And Differences Between The Mechanical Properties Of Different Physical Methods And Sintering Under Different Experimental Variables Ceramic Composites, Tribological Properties And Morphology, Etc. And Get The Following Conclusions:1) Under normal pressure sintering atmosphere protection sintering temperature and pressure will be applied to the performance of the composite ceramics have a huge impact, and because a relatively low sintering temperature, the mechanical properties of ceramic composites more general.2)Under hot pressing, with the increase of hBN content, the bulk density of the composite material will continue to decline; stomata lead sharp decline and then leveled off; flexural strength, fracture toughness and Vickers hardness are declining ; composite fracture mode gradually broken by the transgranular to intergranular fracture dominated the main changes, indicating that the relative toughness of the composite increased, the overall performance composite ceramic has been improving.3)hBN is added as a second phase of the composite ceramic tribological properties (including friction coefficient, wear rate and the amount of wear) has a significant impact.Key words:Si3N4-hBN composite ceramic, Pressureless Sintering, Hot Pressing, Mechanical Properties, Tribological Properties目录摘要 (I)ABSTRACT ........................................................................................................................ I I 1 绪论 . (1)1.1 氮化硅陶瓷材料 (1)1.1.1 氮化硅晶体结构 (1)1.1.2 氮化硅陶瓷的制备及研究发展 (2)1.2 Si3N4-hBN复合陶瓷 (3)1.2.1 微米级Si3N4-hBN复合陶瓷的常规烧结方法 (3)1.2.2 其它烧结方法 (6)1.2.2 氮化硅基陶瓷的应用 (6)1.3 本课题研究的目的、意义和主要研究内容 (7)1.3.1 研究的目的和意义 (7)1.3.2 本课题研究的主要内容 (8)2 微米级Si3N4-hBN复合陶瓷常压烧结研究 (9)2.1 引言 (9)2.2 复合陶瓷材料制备 (9)2.2.1 原料与设备 (9)2.2.2 复合粉体制备 (9)2.2.3 复合陶瓷烧结 (10)2.3 复合陶瓷致密度和相变 (11)2.3.1 复合陶瓷的密度和气孔率 (11)2.3.2 复合陶瓷的XRD分析和形貌观察 (11)2.4 结论 (14)3 微米级Si3N4-hBN复合陶瓷的热压制备和试验方法 (14)3.1 材料烧结与试样制备 (14)3.1.1 复合粉体制备 (14)3.1.2 复合陶瓷的烧结工艺过程 (15)3.1.3 复合陶瓷试样的制备 (16)3.2 Si3N4-hBN复合陶瓷性能的测试方法 (17)3.2.1 材料密度和气孔率测定 (17)3.2.2 材料力学性能测试 (17)3.2.3 材料摩擦学性能测试 (19)3.2.4 材料的微观组织结构观察及能谱分析 (20)4 热压Si3N4-hBN复合陶瓷组织结构及力学性能的研究 (22)4.1 引言 (22)4.2 hBN含量对复合陶瓷强度和硬度的影响 (22)4.3 结论 (25)5 热压Si3N4-hBN复合陶瓷组织结构及摩擦学性能的研究 (26)5.1 引言 (26)5.2 Si3N4-hBN销试样与不锈钢盘试样配副的干摩擦学性能研究 (27)5.3 Si3N4-hBN销试样汞铬合金盘试样配副的干摩擦学性能研究 (29)5.4 小结 (32)6 结论与展望 (34)6.1 结论 (34)6.2 展望 (34)致谢 (36)参考文献 (37)微米级Si3N4-hBN复合陶瓷的制备与性能研究 11 绪论1.1 氮化硅陶瓷材料氮化硅陶瓷材料因其在强度、耐磨、耐腐蚀等性能上的卓越表现，广泛应用于航空航天、机械工业、电子电力、装甲、化工等领域，更因其优异的介电性能，常被研究作为一种新型的透波材料应用于高超声速飞行器上。
Si3N4基复合材料的发展与研究现状
——非氧化物陶瓷
高温结构陶瓷的特点: 能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、 硬度大、耐磨损、密度小等优点
耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术
利用该技术研制的连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料是一 种新型热结构材料，它比铝还轻，比钢还强，比碳化硅陶瓷更 耐高温、抗氧化烧蚀，克服了陶瓷的脆性，并且类似金属不会 发生突发灾难性破坏。 这种替代金属材料可解决目前航空航天器燃料百分之二十到 百分之三十浪费的问题，能满足航空航天器向高速度、高精度、 高搭载和长寿命发展的需求。 根据这一获奖项目，张立同还提出“陶瓷基复合材料新型强 韧化理论”，从而冲破国际上“纤维性能越高越好”和“复合 材料越致密越好”的误区，为新型战略性热结构材料“高性能、 低成本制备技术”的核心发明提供了理论支撑。 评奖专家称，这项获奖成果整体技术跻身国际先进行列，材 料综合性能达到国际领先水平，并将对中国先进武器装备的跨 跃式发展产生深远影响。它在军民两用领域具有广泛应用前景， 潜在市场每年约十亿元人民币。
氮化硅陶瓷 （Si3N4 ） 是灰白色固体， 硬度为9，是最 硬的材料之一。 它的导热性好且 膨胀系数小，可 经受低温高温、 骤冷骤热反复上 千次的变化而不 破坏，因此是十 分理想的高温结 构材料。
科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化 硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温度 可达1300℃～1500℃。 美国军方曾做过一次有趣的实验：在演习场200 米跑道的起跑线上，停放着两辆坦克，一辆装有500 马力的钢质发动机，而另一辆装有同样马力的陶瓷 发动机。陶瓷发动机果然身手不凡，那辆坦克仅用 了19秒钟就首先到达终点，而钢质发动机坦克在充 分预热运转后，用了26秒才跑完全程。其奥秘就在 于陶瓷发动机的热效率高，不仅可节省30％的热能， 而且工作功率比钢质发动机提高45％以上。另外， 陶瓷发动机无需水冷系统，其密度也只有钢的一半 左右，这对减小发动机自身重量也有重要意义。
氮化硅陶瓷球材料性能参数测试及其相关性分析研究
氮化硅陶瓷球材料性能参数测试及其相关性分析研究周芬芬;袁巨龙;赵萍;李帆;彭岩;郑斌【摘要】针对目前氮化硅陶瓷球材料性能评价体系不完善,以及各个厂家生产的陶瓷球质量参差不齐的问题,对3个较著名厂家(记为A、B、C)的陶瓷球的密度、显气孔率、硬度、断裂韧性及压碎载荷等主要性能参数进行了研究,对陶瓷球各性能参数之间的内在联系进行了相关性分析,建立了一种包含上述主要材料性能参数评价指标的评价体系,利用精密天平、硬度测量仪及万能试验机对上述材料性能参数进行了测试.研究结果表明,综合运用以上评价指标可以实现对陶瓷球材料性能的全面测评,B厂生产的陶瓷球综合性能较高,C厂家球体因压碎载荷值偏低而未达到性能评价标准;球体性能参数内在联系表现为断裂韧性与硬度相关性最大且为负相关,压碎载荷与显气孔率相关性最大.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2016(033)006【总页数】5页(P689-693)【关键词】陶瓷球;材料性能;压碎载荷;相关性分析【作者】周芬芬;袁巨龙;赵萍;李帆;彭岩;郑斌【作者单位】浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TH145.1+1;TH140.8陶瓷材料因具有密度小、硬度高、耐磨损和耐腐蚀等优异性能而成为制造高精度轴承滚动体和滚道的理想材料[1-3]。
为提高球轴承的性能和精度,陶瓷球体材料特性至关重要[4-5]。
陶瓷球材料性能方面的研究已有大量报道[6-8]。
M. Ichikawa等[9]进行了滚动轴承陶瓷球的压碎试验来研究压碎载荷值对其尺寸依赖性的统计特征,其发现球体的压碎载荷值服从威布尔分布,并且依赖于球径和形状参数。
氮化处理对陶瓷材料耐磨性能的提升研究
氮化处理对陶瓷材料耐磨性能的提升研究氮化处理是一种常见的陶瓷材料表面改性技术，可以显著提高陶瓷材料的耐磨性能。
本文将介绍氮化处理对陶瓷材料耐磨性能提升的研究。
氮化处理是通过在陶瓷材料表面形成一层氮化物薄膜来增强材料的硬度和耐磨性。
一种常见的氮化处理方法是离子注入氮化，即将陶瓷材料放入含氮离子的离子注入设备中，利用高能离子注入技术将氮离子注入材料表层，形成氮化物薄膜。
研究表明，氮化处理可以显著提高陶瓷材料的硬度和耐磨性。
氮气化合物膜能使陶瓷表面硬度提高5倍以上，耐磨性能提高10倍以上，大大延长了陶瓷材料的使用寿命。
氮化处理还能增加材料的抗腐蚀性能和耐高温性能，提高了陶瓷材料的综合性能。
氮化处理对陶瓷材料耐磨性能提升的机制主要有以下几个方面。
首先，氮化物薄膜的形成提高了材料表层的硬度，使其能够更好地抵抗磨损。
其次，氮化物薄膜的形成改善了材料表面的摩擦特性，减小了磨擦系数，减少了磨损。
此外，氮化处理还能提高材料的表面光洁度，减少表面粗糙度，进一步减小了磨损。
在氮化处理中，影响陶瓷材料耐磨性能提升的因素有很多。
首先是氮化时间和温度的选择，过长或过高的处理条件会导致氮化物层过厚，反而影响陶瓷材料的性能。
其次是离子注入能量的选择，能量过低会导致氮化物层的形成不完全，能量过高会导致陶瓷材料的晶体结构破坏。
此外，还要考虑氮化处理前的材料表面处理等因素。
总的来说，氮化处理是一种有效的提高陶瓷材料耐磨性能的方法。
通过形成氮化物薄膜，可以显著提高陶瓷材料的硬度和耐磨性，延长其使用寿命。
然而，氮化处理还存在一些问题，如处理温度和时间的选择、氮化物层的粘附性等，需要进一步研究和改进。
未来，可以进一步研究氮化处理对不同类型陶瓷材料的影响，探索更好的氮化处理方法，提高陶瓷材料的耐磨性能。
氮化处理是一种常见的陶瓷材料表面改性技术，可以显著提高陶瓷材料的耐磨性能。
本文将进一步介绍氮化处理对陶瓷材料耐磨性能提升的相关内容。
在陶瓷材料中，氮化物薄膜的形成是提高材料硬度和耐磨性的关键。
氮化硅陶瓷在四大领域的研究及应用进展
Research and Application Progress of Silicon Nitride Ceramics in
Four Major Fields
CHEN Bo1 , WEI Zhonghua2 , LI Bin2 , WANG Zicheng1 , WANG Tengfei1
(1. Sinoma Advanced Nitride Ceramics Co., Ltd., Zibo 255000, China;
biocompatibility have been gradually developed by researchers and their application fields are broadened. This article
describes in detail the preparation methods of silicon nitride powder, and reviews the research progress of silicon nitride
porous material
0 引 言
氮化硅( Si3 N4 ) 是一种由硅和氮组成的共价键化合物,1857 年被发现,到 1955 年,其作为陶瓷材料实现
了大规模生产 [1] 。 氮化硅陶瓷具有金属材料和高分子材料所不具备的众多优点,如耐高温( 在 1 200 ℃ 下抗
弯强度可达 350 MPa 以上) 、耐酸碱腐蚀、自润滑等,在航空航天、国防军工、机械领域得到广泛应用 [2-3] 。
领域和航空航天领域的研究进展,此外还介绍了其作为功能陶瓷在半导体领域、生物制药领域的研究和应用现状,
最后对其未来发展进行了展望。
关键词:氮化硅陶瓷; 轴承球; 透波材料; 氮化硅基板; 生物陶瓷; 多孔材料
氮化硅陶瓷牙科修复材料研究进展
氮化硅陶瓷牙科修复材料研究进展摘要：氮化硅陶瓷牙科修复材料作为一种新型高性能陶瓷牙科修复材料已经引起广泛关注。
其优点包括高硬度、高强度、高温度稳定性、良好的生物相容性等。
本文综述氮化硅陶瓷牙科修复材料的制备及应用领域，着重介绍了其在全瓷牙修复、全口修复、种植修复、颜色修复、外科修复和辅助设备制作等方面的应用。
同时，还对当前研究中存在的问题及未来研究方向进行了分析和探讨。
关键词：氮化硅陶瓷；牙科修复材料；研究一、氮化硅胶瓷的基本特性1. 化学成分和微观结构特性：氮化硅陶瓷是由氮化硅（Si3N4）颗粒和玻璃相组成的复合材料。
其中，氮化硅晶体的晶粒尺寸一般为0.5~3μm，玻璃相的成分包括硅酸盐和氧化铝。
氮化硅陶瓷具有高硬度，高抗磨性、高强度、高耐热性、低密度、低热膨胀系数、优异的绝缘性能和化学稳定性。
2. 物理力学性能：氮化硅陶瓷具有极高的硬度（达到20GPa以上）、优异的抗弯强度、抗压强度和断裂韧性。
其力学性能取决于氮化硅晶体和玻璃相之间的相互作用，因此，材料的制备方法和烧结工艺对其力学性能有很大影响。
3. 生物相容性：氮化硅陶瓷在医学领域应用广泛，如人工关节、牙科种植体等医疗器械中均有使用。
其生物相容性良好，不会引起明显的毒性反应和排斥反应，而且能够促进骨细胞的附着和生长，有利于修复和再生骨组织。
然而，其使用仍需谨慎，需要充分考虑材料的生物相容性、力学性能和制备工艺等因素。
二、氮化硅陶瓷牙科修复材料的优缺点氮化硅陶瓷牙科修复材料被广泛应用于牙科修复领域，并受到了牙医和患者的认可。
以下是氮化硅陶瓷牙科修复材料的优缺点。
（一）优点1. 良好的生物相容性：氮化硅陶瓷材料具有良好的生物相容性，不引起过敏、溶解或其他不良反应。
2. 良好的美观性：氮化硅陶瓷材料具有良好的透明度和颜色稳定性，与牙齿自然相似，可以有效地改善牙齿的外表美观度。
1 北京中医药大学东直门医院口腔科3. 良好的力学性能：氮化硅陶瓷材料具有良好的强度和硬度，可以承受牙齿的咬合力和咀嚼力。
氮化硅基陶瓷装甲材料的研究
４．结果与讨论
４．１材料性能 对气氛压力烧结Ｓｉ，Ｎ４材料进行了物理一力学性能测试，并与烧结ＡＩ：０。材料进行了
对比，其性能比较列于表４。
表４ ｓｉ３Ｎ４与Ａ１２０，材料性能表
材料 Ｓｉ３Ｎ４ Ａ１２０３
密度ｇ，ｃｍ３ 硬度｝Ⅱｕ
３．２０
９２．９３
弯曲强度 ＭＰａ
＜１ Ｕｍ ８５．９５
１．２ ｕｍ ４０７－５．８
２－３ｕｍ １．５－２．８
＞３１．ｔｍ １．６．６．３
比表面积
１８．７
３．１．２靶板制作 将烧结好的样品采用有机聚合物与金属板粘接制成靶板，进行实弹靶击试验。
３．２试验方法 ３ ２．１抗穿甲试验
采用２０／２５ｍｍ模拟火炮，全钨杆式穿甲弹（弹丸重１３６．１９，弹托重９９９，装药量９０９）。 ３．２．２抗破甲试验
自图６可知，ｓｉｃ－加入基体后，ＳＮＴ０１材料的抗弯强度和断裂韧性等物理性能皆有所提 高。当ｓｉｃｗ加入量为ｉｏ一１５ｖｏＩ％以后，断裂韧性和抗弯强度逐步下降，这与ＳｉＣ．的分散性能 下降和架桥团聚作用有较大的关系。从材料的相对密度变化也能看到这一点。图７是加入 １０ｖｏＩ％ＳｉＣ．的ＳＮＴ０１材料断口ＳＢＩ图像。
３０４
９ＣｒＳｉ（ＨＲＣ５８—６２），当后面磨损Ｖｂ＞０．３Ⅻ时被加工工件表面粗糙度Ｒａ＝Ｏ．６３ ｕ ｍ。可见ＳＮＴ０１陶 瓷刀具有优良的切削性能。在工厂应用中，已成功用于加工合金钢、淬硬钢、高铬铸铁及 ＤＺ８１１（ＨＲｃ６２—６４）材质大型轧辊。
４．结论
４．１用新工艺制各的ｓｉｃ，ｉ曾强ＳＮＴ０１材料，分散性及热稳定性能良好，当ＳｉＣ．用量为１０一 １５ｖｏｉ％时达到最佳增强效果。 ４．２随热压烧结温度升高，ａ－Ｓｉ。Ｎ。相向１３相的转变完全，高温时出现一些新的未知相， ＳＮＴＯＩ材料的抗弯强度和断裂韧性先后出现最大值９１２ＭＰａ和７．２０ＭＰａ．４ｍ。 ４．３ ＳＮＴ０１陶瓷刀具切削性能优良、耐用度高，适用于粗、精加工淬硬钢、合金钢及各种冷 硬铸铁。
氮化硅基陶瓷的摩擦磨损特性研究
浙江理工大学学报,第25卷,第1期,2008年1月Journal of Zhejiang Sci 2Tech U niversityVol.25,No.1,J an.2008文章编号:167323851(2008)0120079204收稿日期:2007-06-14作者简介:孟凡英(1976- ),女,河北张家口人,硕士研究生,从事表面工程、结构陶瓷材料摩擦学研究。
氮化硅基陶瓷的摩擦磨损特性研究孟凡英,郭绍义,刘曾岭,李兴俊,张术永(浙江理工大学机械与自动控制学院,杭州310018) 摘 要:采用热压烧结方法制备氮化硅和氮化硅基两种陶瓷。
利用球2盘式摩擦磨损试验机对氮化硅陶瓷摩擦副在室温干摩擦环境中的摩擦磨损特性试验研究。
结果表明:在相同的试验条件下,加入TiC 颗粒改善了Si 3N 4陶瓷的脆性,但耐磨性能提高不大,磨损率略优于Si 3N 4。
Si 3N 4的磨损主要是磨粒磨损和脆性剥落,而TiC 复合材料的磨损表现为磨粒磨损和TiC 颗粒的剥落,之后剥落的TiC 颗粒又作为磨粒对试样产生更大的磨损,所以导致磨损率提高。
关键词:Si 3N 4;Si 3N 42TiC ;摩擦磨损性能中图分类号:T H117.1 文献标识码:A0 引 言陶瓷材料具有高硬度、低密度、耐磨性、耐磨损等优良的性能,在机械、冶金、化工、航空航天等领域已得到广泛的应用[1],其中Si 3N 4陶瓷就是一种很重要的陶瓷材料,主要应用在切削工具和加工硬质合金[2]以及滚动轴承等领域。
由于Si 3N 4陶瓷断裂韧性较差,研究者采用了各种不同的增韧强化形式来提高材料的性能,引入第二相粒子来提高氮化硅基复合材料的性能是当前复合材料研究的热点,如孙兴伟等[3]研究了第二相粒子TiN ,TiB 2的引入对氮化硅陶瓷材料性能和显微结构的影响;邹红等[4]通过加入TiN 颗粒改善了Si 3N 4陶瓷的脆性,但降低了复合材料的耐磨性能;Szafran 等[5]研究了在Si 3N 42Al 2O 32Y 2O 3中加入增强相TiC 颗粒,提高了复合陶瓷的硬度和断裂韧性;黄新平等[6]采用纳米TiC 作为增强相,制备了Si 3N 4/TiC_(nano )复合陶瓷材料。
氮化硅陶瓷的应用和酸腐蚀研究进展
Y2 O3 + 6HF = 2YF3 + 3H2 O
（ 3）
（ 2） 氢氟酸对氮化硅陶瓷的腐蚀较盐酸严重，
图 5 是氮化硅在盐酸和氢氟酸溶液中的腐蚀后的
SEM 照片，可见对氮化硅在氢氟酸中的腐蚀更加
严重。在 HF 酸中的腐蚀动力学曲线为直线型，即
随着氢氟酸浓度的增大，腐蚀逐渐增； 在 HCl 溶液
中，两者的腐蚀动力学曲线为抛物线形，且在 2M
氮化硅陶瓷抗铝液腐蚀的特性及其优异的 热性能使其在制铝行业中大有作为。在铸铝连 轧生产线 和 炼 铝、熔 铝 作 业 中，氮 化 硅 陶 瓷 可 用 来制作测温热电偶套管（ 如图 3 所示） 、炼铝炉炉
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现 代 技 术 陶 瓷 2011 年第 3 期（ 总第 129 期）
科研与探讨
衬、铝液包子内衬、坩埚、铸铝模具、铝电解槽等。 例如，氮化硅陶瓷热电偶套管用于铝液测温已开 始在我国普及，这种套管的使用性能比常用的不 锈钢、刚玉陶瓷套管都好。不锈钢容易受铝液腐 蚀，连续 使 用 20h 后 即 损 坏。刚 玉 经 不 起 热 冲 击，而氮化 硅 陶 瓷 在 铝 液 中 可 长 期 稳 定，间 歇 测 温 1200 次以上也不开裂。再如工业铝电解过程 中，电解质 对 电 解 槽 有 很 强 的 腐 蚀，高 温 电 解 液 体不断地 冲 刷 腐 蚀 侧 壁，向 侧 壁 孔 洞 中 渗 透，最 终形成一个个的腐蚀坑甚至造成侧壁泄漏。氮 化硅侧壁 抗 熔 盐 腐 蚀 性 好，避 免 了 漏 炉 现 象，延 长了铝电解槽的使用寿命。
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科研与探讨
2011 年第 3 期（ 总第 129 期） 现 代 技 术 陶 瓷
了不可溶的 YF3 阻止了腐蚀的进一步发生。 用方程式解释如下： Si3 N4 + 18HF = 3SiF62 － + 4NH4 + + 2H +
氮化硅陶瓷磨削温度与表面裂纹扩展研究
氮化硅陶瓷磨削温度与表面裂纹扩展研究摘要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。
工程陶瓷具有硬度高、强度高、耐磨损、热膨胀系数低以及绝缘等优良性能，被广泛应用于机械和航空等领域。
由于陶瓷材料具有硬脆特性，磨削加工是其主要的加工方式。
在陶瓷磨削加工过程中，涉及到力学、热学、材料学以及化学等多学科问题，在多场强作用下的磨削机理有待进一步揭示。
与其他加工方式不同的是，在磨削过程中去除单位体积材料需要大量的能量，这些能量最终都以热的形式进行转化，只有一小部分用于形成新的表面，这会导致磨削区产生较高的磨削温度，而表面温度过高又会对陶瓷表面质量、加工精度、加工效率以及砂轮磨损产生很大影响。
此外，陶瓷材料的抗热冲击性能差，高温时会在磨削表面形成烧伤与热裂纹，极大影响其使用寿命。
本文就氮化硅陶瓷磨削温度与表面裂纹扩展展开探讨。
关键词：工程陶瓷；磨削温度；表面/亚表面；裂纹扩展；改善机制引言切削过程中由于工件表层材料受到剪切滑移、剧烈摩擦、高温高压等作用，发生严重的塑性变形，从而在工件表面上产生残余应力。
加工残余应力将直接影响工程陶瓷零件的断裂应力、弯曲强度、疲劳强度及耐腐蚀能力。
工程陶瓷作为硬脆性工程材料，零件的断裂应力和韧性对表面应力状态比金属敏感的多。
同时无论残余压应力与拉应力会对零件的断裂韧性，及零件裂纹的生成与扩展具有重要影响，尤其是对裂纹的生成与扩展。
而裂纹的存在极大影响零件的使用性能与寿命，因此研究工程陶瓷的残余应力与裂纹扩展关系尤为重要。
1磨削温度场的理论分析1.1干磨条件认为在干磨的条件下约有75%、69%、50%的耕犁热、摩擦热和切削热在磨削过程中被传入工件当中。
所以分析计算磨削温度的首要前提是确定传入工件的磨削热量的比例，即传热比φ，，其中qw为磨削时传入工件的热流密度，qt为磨削时磨削区产生总的热流密度，由磨削热分配比来间接研究磨削热。
因此把参与磨削磨粒的温度与一维传热模型相互联系，进而建立一个基于边界条件下的磨削热分配比模型:（1）式中，j为蓄热系数，与陶瓷材料有关;θa为参与磨削磨粒的前端瞬时温度;θo为磨削在磨削过程中的均匀温度;R为假设金刚石磨粒;半径F为切向磨削t力;vs为砂轮的线速度。
氮化硅陶瓷的熔盐腐蚀研究进展(1)
表中所列方法各有特点, 其宗旨是在部分模 拟材料所处环境下, 造成材料 的损伤, 即 物理化 学方面的变化, 以找到材料损毁或腐蚀的化学机 制。当然, 如果 腐蚀不明显 , 需要设法在 部分模 拟实际工况的前提下, 加重材 料的腐蚀条件 , 以 [ 8] 达到研究的目的 。
惰性氧化按 ( 1) ( 2) 方程式进行, 活性氧化按 方程式 ( 3) 进行。有学者通过实验证明 , 氮化硅 高温氧化, 在 S i O 2层与 基材料之 间存在 S i2 N 2 O 层 。 2 2 氮化硅陶瓷在碳酸钠熔盐中的腐蚀 Schlicht ing 和 M ayer 等人研究了氮化硅 陶瓷在碳酸钠中的熔盐腐蚀。 Schlichting 采用燃 烧室测试法, 发现腐蚀是由于陶瓷表面的二氧化硅 在碱中溶解, M ayer 和 R iley 则主要研究了腐蚀动 力学。基于化学气相沉积法制备的氮化硅 ( CVD[ 12] Si3N 4 )有较高纯度, Denn iss fox 等人用薄膜法 研究了 1000 时 CVD - Si3 N4在碳酸钠中的腐蚀 , 更准确地分析了氮化硅在熔融 N a2 CO3中的腐蚀机 理 , 并进 一步研 究了 热等 静压 反应烧 结氮 化硅 ( H IP- RBSN) 及含有 Y2 O3, A l 2 O 3, M gO 等添加剂 的氮化硅在相同条件下的腐蚀情况。在动力学方 面 , 如图 1 所示, 有氧气存在时 S i3N 4在 1000 熔融 N a2 CO3中的腐蚀可分为三个阶段。 第一 阶段 , 快速 失重。主要是 由于前 5m in N a2 CO 3的分解和 Na2 SiO3的形成 : N a2 CO 3 ( s) = Na2 O( s) + CO2 ( g)
2 3 氮化硅在硫酸钠中的熔盐腐蚀 Sch lichtin g , Denn is S Fox