燒結(jié)助劑對單相β-SiAlON陶瓷性能的影響

岳建設(shè)，李 禎，趙 琴

（咸陽師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

燒結(jié)助劑對單相β-SiAlON陶瓷性能的影響

岳建設(shè)，李 禎，趙 琴

（咸陽師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

使用廉價的Si粉作為原料通過反應(yīng)燒結(jié)獲得了Si3N4，后續(xù)高溫?zé)Y(jié)過程中，Si3N4與粉料中Al2O3發(fā)生固溶反應(yīng)，制備出單相β-SiAlON陶瓷。經(jīng)過1 700℃高溫?zé)Y(jié)后，獲得β-SiAlON相和β-Si3N4混合相陶瓷，隨著燒結(jié)溫度增加至1 800℃，Al2O3在Si3N4晶格中完全固溶，形成了單一β-SiAlON陶瓷。選用Y2O3和Sm2O3兩種燒結(jié)助劑，并對比其對反應(yīng)燒結(jié)β-SiAlON陶瓷微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，使用Sm2O3制備出長徑比較Y2O3高的柱狀晶粒，柱狀晶粒相互交織橋接和連接，可以顯著提高β-SiAlON的力學(xué)性能。

β-SiAlON；反應(yīng)燒結(jié)；微觀形貌

氮化硅（Si3N4）是性能優(yōu)良的工程陶瓷材料，其獨特的柱狀微觀結(jié)構(gòu)使得其在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。與其他工程結(jié)構(gòu)陶瓷相比，Si3N4比重小、熱膨脹系數(shù)低，強度高，抗沖擊性能好，斷裂韌性高，因此受到了廣泛的關(guān)注和研究［1-3］。Si3N4屬于共價鍵結(jié)構(gòu)，高鍵能使得其燒結(jié)較為困難。因此，氮化硅的燒結(jié)往往是在燒結(jié)助劑作用下的液相燒結(jié)，燒結(jié)助劑不僅能提高氮化硅的致密度而且使其力學(xué)性能得到改善［4-6］。氮化硅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能，但是其硬度因低的致密度而顯著削弱。為了提高氮化硅的燒結(jié)性能和致密性能，在氮化硅燒結(jié)助劑中添加氧化鋁（Al2O3）形成SiAlON固溶體。Al和O原子部分取代Si3N4中的Si和N原子，這種固溶體具有氮化硅優(yōu)良的力學(xué)性能、硬度，耐腐蝕性能顯著提高，燒結(jié)性能顯著增強［7-8］。……