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《哈尔滨工业大学》 2006年
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Si_3N_4-MoSi_2和Si_3N_4-SiC复相陶瓷氧化行为及机理研究

董兆斌  
【摘要】: 本文采用热压烧结工艺方法制备了不同Si_3N_4含量的Si_3N_4-MoSi_2和Si_3N_4-SiC复相陶瓷材料,选用Y2O3和La2O3作为烧结助剂。测试了复相陶瓷的致密度、抗弯强度、硬度、电导率和热膨胀系数,分析了复相陶瓷的显微组织。通过恒温氧化以及不连续称重法研究了复相陶瓷的高温氧化行为。综合运用XRD、SEM、EDS和XPS等手段分析了氧化产物、氧化试样表面形貌和氧化层成分与微观结构,研究了复相陶瓷在不同温度下的氧化动力学规律,并探讨了其微观氧化机理。 性能测试结果表明,Si_3N_4-MoSi_2复相陶瓷致密度、抗弯强度和硬度随MoSi_2含量的增加而减小,抗弯强度最大可达942MPa。热膨胀系数随MoSi_2含量的增加而增加。其电导率导通门槛值在30~45wt.%MoSi_2之间。Si_3N_4-SiC复相陶瓷致密度、抗弯强度和硬度随SiC含量的增加而减小,抗弯强度最大为682MPa,热膨胀系数随SiC含量的增加而增加。 对于Si_3N_4-MoSi_2复相陶瓷,在1100℃保温时质量变化很小,其氧化动力学曲线没有明显的规律性;在1300℃,氧化动力学近似为抛物线规律,并且随着MoSi_2含量的增加,氧化增重增加。增重的主要原因为SiO2和Mo5Si3氧化产物的生成;在1500℃,在氧化的最初阶段,正的对数规律为主导规律,但随着氧化时间的延长,负的抛物线规律作用逐渐增强,氧化15h后,对其氧化动力学起支配作用的是负的对数规律。Mo向外扩散并以产物MoO3挥发是造成复相陶瓷在1500℃氧化时其动力学由增重转变为失重的主要原因。 对于Si_3N_4-30wt.%SiC和Si_3N_4-45wt.%SiC两种复相陶瓷,在1100℃保温时质量变化很小,其氧化动力学曲线没有明显的规律性;在1300℃和1500℃,其氧化曲线基本重合,并且近似为抛物线规律。增重的主要原因是SiO2氧化产物的生成。Si_3N_4-60wt.%SiC复相陶瓷在各温度下的增重量都比前两种大很多,这主要是因为孔隙率对Si_3N_4-SiC复相陶瓷的氧化影响显著。 通过对复相陶瓷氧化过程的综合分析,发现两类复相陶瓷的氧化主要受O通过氧化层向内扩散,以及O在氧化层与基体界面处与基体发生的氧化反应所控制。此外,两类复相陶瓷氧化的一个重要特征为:Y、La稀土元素扩散至氧化层次表层和试样表面,通过形核、长大形成针状、块状、棒状
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG174

【参考文献】
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