原创《影响多孔氮化硅结构陶瓷材料性能的因素》：本论文主要论述了陶瓷材料论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
摘 要：多孔氮化硅陶瓷是一种新型功能陶瓷,它密度低,气孔率高,相对介电常数较小,抗腐蚀耐热性能良好,使用寿命长,且相对介电常数可以根据气孔率的多少进行调节,可在较大温度范围内正常使用,优异的性能使其在航天透波天线罩材料方面有很大的应用空间,是一种理想的新型高性能天线罩候选材料,已被广泛应用于航空航天,民用设备等领域.本文主要分析了多孔氮化硅结构陶瓷材料性能的影响因素.
关键词：氮化硅陶瓷；晶型；介电性能；力学性能
1 前言
多孔氮化硅陶瓷作为新型的结构材料,受到越来越广泛的重视.纤维增强陶瓷基复合材料因其具有高强、轻质和高韧特性,最为引人注目,被认为是最有发展前途的复合材料之一.短纤维增强的复合材料可以制造形状复杂的零件,而且工艺简单,所用设备也不需像连续纤维那样的纤维缠绕或编织用的复杂专用设备[1].氮化硅陶瓷是一种满足耐热、透波、承载要求,综合性能十分理想的天线罩材料,他透波性能好,介电常数低,密度小（反应烧结的为2.2～2.6 g/cm3、常压烧结的约为3.0 g/cm3）,易加工至精密尺寸,其介电性能随温度变化小,抗热震和抗雨蚀性也好,这些性能都是作为高速飞行器雷达天线罩材料所必备的.
多孔氮化硅属多晶材料,存在两种晶型,一种是α-Si3N4；另一种是β- Si3N4,存在两种晶形,一种是两者均属六方晶系,都是由[SiN4]4-四面体（硅原了位于四面体的中心,在其周围有4个氮原了）共用顶角构成三维空间连续而坚固的网络结构[2].α-Si3N4是由两层不同,且有形变的非六方环重叠而成,在结构上Si-N按ABCDABCD等次序堆垛成六方[3].β-Si3N4是由儿乎完全对称的6个[SiN4]4-组成的六方环层在c轴方向上重叠而成,在结构上Si-N按ABAB 等次序排列成六方结构.
多孔氮化硅既是优良的高温结构材料,又是新型功能材料,成为陶瓷材料中最有应用潜力的材料[4].氮化硅多孔陶瓷是近年来在研究氮化硅陶瓷和多孔陶瓷基础上逐渐兴起的一种新型陶瓷材料,因其充分发挥氮化硅和多孔陶瓷两者的优异性能而引人注目[5].对多晶材料而言,材料的电性能、热性能和力学性能各种变化的诱发因素较多,所以本文对其影响因素做了分析,以供其他研究者参考.
2 影响多孔氮化硅性能的因素
2.1 烧结法对多孔氮化硅性能的影响
制备多孔氮化硅陶瓷的方法有许多,诸如：无压烧结法、碳热还原法、反应烧结法等.无压烧结法具有制备工艺简单、产品性能稳定等优点,但是需要昂贵的氮化硅作为主要原料.碳热还原法具有原料成本低、产品气孔率高等优点,但是产品的收缩率较大.反应烧结法具有原料成本低、工艺简单等优点,但是存在大量的游离硅,严重降低了产品的性能.而碳热还原-反应烧结法结合反应烧结法和碳热还原法的优点,烧结过程中同时发生硅粉氮化反应和二氧化硅碳热还原反应制备氮化硅多孔陶瓷,以实现：（1） 使用成本很低的二氧化硅、硅粉和炭黑为原料,降低了生产成本.（2） 碳热还原反应生成的氮化硅起到稀释剂的作用,减少了游离硅的生成.（3） 达到净尺寸烧结的效果,对生产要求形状构件非常有利.
以廉价的二氧化硅、炭黑和硅粉为起始原料,利用碳热还原–反应烧结法制备了高气孔率、孔结构均匀的多孔氮化硅陶瓷,考察了瓷微观组织和力学性能.不同Si粉含量对试样微观组织的影响如图1所示.可以观察到,由于Si粉含量的不同,试样的显微结构呈现出规律的变化.试样S10、S30和S50的微观组织中以高长径比的β-Si3N4棒状晶粒为主,组织比较均匀；试样S70和S95的微观组织中棒状β-Si3N4晶粒较细小,晶粒的长径比随着生坯内Si粉含量的增加而增加.当烧结温度升高到1200 ℃时,生坯内的Si粉开始发生氮化反应,生坯内的SiO2同时开始发生碳热还原反应.因此,较低温度下,Si粉反应烧结生成的α-Si3N4在随后的高温碳热还原反应中可以起到晶种的作用,促进β-Si3N4成核和生长.在相同的烧结工艺条件下,试样S0由于没有Si粉发生氮化反应生成α-Si3N4晶种,自发形核速度慢且形核的数量有限,α-Si3N4晶粒形核过程受到抑制,晶粒异常长大,其微观组织均为粗大的等轴状晶粒[6,7].其它添加Si粉的试样,Si粉发生氮化反应生成α-Si3N4,因此试样有更多的成核位置.除了白发形核生长外,还可以直接在晶种的晶面上生长,加快了其生长速度,低温下就可以生成大量的α-Si3N4.β-Si3N4在高温下的成核与α-Si3N4在液相中的溶解析出有关,大量的α-Si3N4的溶解有利于造成液相的过饱和,从而促进了β-Si3N4成核和生长[8].所以,添加Si粉的试样具有高长径比的β-Si3N4棒状结构晶粒,组织比较均匀.
试样的收缩率、失重率、气孔率和弯曲强度随硅粉含量的变化如表1所示.
由表1可以看出,试样的弯曲强度均随着气孔率的升高而明显下降.棒状的β-Si3N4晶粒通过晶粒的拔出和桥接能提高多孔氮化硅的弯曲强度,所以多孔氮化硅陶瓷的弯曲强度在很大程度上依赖于微观组织和相转变程度.从微观组织对力学性能的影响分析,利用碳热还原-反应烧结法制备的试样,组织分布比较均匀,粗化的β-Si3N4相含量比较少,柱状β-Si3N4组织晶粒细小,具有很高的长径比,晶粒相互搭结,对试样的力学性能提高非常有利[9].所以根据微观组织和相转变程度分析,利用碳热还原-反应烧结法制备的试样具有优异的力学性能.
2.2 相变对多孔氮化硅性能的影响
图2为不同氮化温度和时间下样品介电常数（ε′）和介电损耗（tan δ）随频率（ f ）的变化曲线.由图2 可以看出：随着氮化温度的提高和时间的增加,β相的相对含量增加,样品ε′和tanδ都有升高的趋势.最高氮化温度为1350 ℃时,样品的ε等于2.38,tan δ等于2.8×10–3；最高氮化温度为1550 ℃时,样品的ε′值增加到2.98,tanδ值增加到7.3×10–3.从数据分析做到出,对比样品的ε′和tan δ,α/β相变对样品的tanδ影响更大.
陶瓷材料论文参考资料：
结论：影响多孔氮化硅结构陶瓷材料性能的因素为关于对写作陶瓷材料论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文陶瓷材料论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
