热等静压(HIP)技术在Ｓｉ3Ｎ4陶瓷的应用
Ｓｉ3Ｎ4陶瓷是最主要且应用最广的工程陶瓷材料之一。由于Ｓｉ3Ｎ4陶瓷材料自身几乎不可能烧结成制品,故在生产Ｓｉ3Ｎ4陶瓷制品时都加入一定数量的烧结助剂如:ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3等。由于烧结助剂与Ｓｉ3Ｎ4表面ＳｉＯ2形成低熔点共晶而进行液相烧结,α Ｓｉ3Ｎ4粒子溶于液相后,从液相析出针状β Ｓｉ3Ｎ4,这样的组织结构有利于提高Ｓｉ3Ｎ4陶瓷材料的力学性能,因而常压烧结Ｓｉ3Ｎ4制品在80年代后得到广泛的应用。为进一步提高材料的力学性能,近年来大多采用低压ＨＩＰ烧结技术(又称为气压烧结———ＧＰＳ),且在加压工艺上各国都进行了大量研究。
清华大学采用先在1800℃、0 1ＭＰａ下烧结2ｈ(材料中含5%Ｙ2Ｏ3、3%Ａｌ2Ｏ3及5%ＴｉＣ(质量分数)),然后在1900℃、10ＭＰａ下烧结2ｈ的工艺,得到了抗弯强度为714ＭＰａ,断裂韧性为7 4ＭＰａ·ｍ1/2的材料。上海材料所认为,最好的工艺是先在1850℃及1ＭＰａ下烧结0 5～2ｈ,然后进行高压处理(温度为1750～1850℃,压力为150ＭＰａ[4])。对ＨＩＰ高压处理致密化的机理研究表明,虽然制品的密度随ＨＩＰ处理温度的提高而提高,但若预烧工艺选择不当,也可使其中心部位的致密化受到影响。澳大利亚学者与中国学者的研究结果表明[5],若在0 1～1ＭＰａ及1750℃下烧结1ｈ,然后再立即加压至100ＭＰａ并保持1ｈ,则可以得到很细的晶粒。他们对Ｓｉ3Ｎ4/ＳｉＣ·ＺＴＡ·Ｍｇ-ＡＴ(Ｍｇ-Ａｌ钛酸盐)等又进行了一系列的试验,得到了同样的结论。关于在高压下Ｓｉ3Ｎ4晶粒细化的原因,被认为是由于致密化在更低的温度(α-Ｓｉ3Ｎ4完成转变为β Ｓｉ3Ｎ4的温度降低至1400℃)下进行所致。
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