PDF《英国的高温陶瓷和固体电解 质 陶瓷研 究》

2 ) 用相 图指 导热 压氮化 硅 添加 剂的使 用:除了反 应烧 结氮化硅外 , 无论 是 热压 或无 压烧 结 氮化 硅都要 加 入适 量 的氧 化 物添 加 剂才 能烧 结,否则 , 在1700OC以下的致密 化是 可以忽略 不 计的 . 氧化物添 加剂 在热 压 过程 中 的作 用是 与氮化 硅粉末 表 面的 i S 仇 层起 作用 而生 成 液相 , 提供 了液相 烧结 的条 件,使 一iS,N;

溶解而 以月一iS3N;

的形 式再 沉积 , 从而达 到 坯体 的致 密化.但是 , 这些 液相 冷却 后成 为 软化 温 度低 的玻璃 , 如存 在其 他杂 质特 别是 碱金 属 和碱 土金 属氧 化物 时,玻璃粘度 会进 一步降低 . 因此 , 热 压氮 化硅 的室温 强度 虽是 各种氮 化硅陶瓷 中最高 的,而在l000OC以上 时 强度 和抗 蠕 变性 都很 快下 降,不利于它在 高 温工程 中的使 用.纽卡设大 学的J朗k 教授 认为,要改进 热 压氮化硅 的高 温性 能,必须认 真 选择 适 当的 和适 量 的氧化 物添加 剂,弄清 这些 组分 在不词温 度下的相关 系,使晶界 上尽 可能 少产 生 或不 生成液相 , 或通过适 当 的热 处理使 液 相转 变为 耐高 温 的晶相 . 总之 , 要用相关 系 的研 究来 指导 氮 化硅 陶瓷的制 备.下面 是Jack教授举 出 的两个 系 统的 例子 . ( 甲) 添加 M g o 的系 统:从Mg一 i S 一O一N系统 的性 状图(图1)可见 , 在1700OC的液 相区大体 上 是在 虚 线所 包括 的范 围内,冷却 时这 些液 相不 结 晶而 生 成玻 璃,其组 成 处在 有 阴影 的 G 区域内.这里可 以 清楚 地看 到,在氮化 硅颗 粒表 面通 常含 有的4帕(重量 )

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0 : 的情况 下,热压后 必然 会 有玻 璃 份勺O

3 I Z M头从p ZM列性 M 头S 魄3I ZMg , S布0'

翔9

5 1 伪 2构 S IN:

3 5

1 0 ;

_ _ 一1700Oc时的液体 图1Mg一is一0一N性状 图一29一产生 . 只有当MOg含量低 到足 以使整 个组 成处于或 接近si:N4一s几N 刃 两相 区时,或高得足 以使 整个 组 成处 于isSN4一M g i s N : 一M g声 i认 三相三角形 中时 , 玻 璃的生 成才 得以避免.因此,M驴的添加 量 若控 制在上 述范 围内,就可使 热 压氮 化硅 在1400OC的温度 下具 有最 高 的强 度 和抗 氧 化性 . (

2 ) 添加 Y ,

0 3 的系 统:Y刃3加入 到iS

3 N ;

中 以后 , 起 初也 与i S

3 N ;

以及 i S

3 N ;

颗 粒表 面的

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0 : 作用而生成 Y 一iS一O一N液体,同样 地通 过a,启iS

3 N ;

的相 变和 液相 烧结而 达 到致密 化.与添加 M g o 的情 况不 同的是 , 这种富氧 化忆 和 富氧 化 硅的 液相 可与 更多 的is3N;

反应 , 生 成一 种或 几 种四 元的更耐高温 的 晶界 结合 相.在这些 四元的Y一i S 一O 一N 化合物 中,N一黄长石Y刃:・iS : N ;

二YZiS 汇i S

2 0

3 N ;

] 是 由平 行的iS一0一N四面体层 构成,中间由忆 离 子结 合在 一起 . 这 种化 合物 与硅 酸盐黄 长石如 镁黄长石 C 、 M g 〔iS 刀月和 钙黄 长石 a C : lA 〔l A i s 认〕等 是同 结构 的,并可与 之生 成连续系列 的 固体 溶液 . 因此 , 可 把粉料 中存在 的aC、M乐 l A 等 杂质 离子 纳入 固体 溶液结 构中,而不让它们 生 成低 软化 温度 的 玻璃 , 从而 提高 了热 压 氮化 硅 的高温 强度 和抗 蠕变 性.单单 添加 Y , 仇 的热压 氮化 硅在

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0 0 O C 时生 成致 密 的保 护性 釉,因而 有好 的抗 氧化 性.但在