流动场中氮化硅陶瓷的低温烧结理论、可控织构化及性能研究

The aim of this project is studying on the low temperature sintering theory, controllable texturing method and properties of silicon nitride in flowing field. This project intends to adopt hot pressing flowing sintering to realize the strengthening particle rearrangement mechanism, the low temperature sintering theory will be established. The influence of the deformation degree, the flowing direction on the textured extent and grain angular distribution are to be explored, the controllable texture database will be presented. After the texturing, the grains dynamic and static growth mechanism will be investigated under low steric hindrance, the growth kinetic equation will be established. The achievements of this project will provide a novel low temperature sintering method for fabrication of the nano- or submicron- ceramics. The controllable texturing and optimized microstructure will be further increase the properties of the silicon nitride.

本项目旨在研究流动场中氮化硅陶瓷的低温烧结理论、可控织构化工艺及低位阻下晶粒的生长机制。拟采用热压流动烧结法，揭示流动场强化颗粒重排致密机制，建立低温烧结理论；研究形变量、流动方向对织构化程度和晶粒分布角度的影响，建立可控织构化工艺数据库；研究织构化后，在低位阻状态下氮化硅晶粒动态、静态生长机制，建立生长动力学方程。本项目研究将提出一种新的低温烧结方法，为制备纳米、亚微米陶瓷提供新的途径。提出一种氮化硅陶瓷可控织构化设计的新方法，为微观结构设计提供新思路,进一步提高氮化硅性能。

本项目主要研究流动场中陶瓷材料的低温烧结、可控织构化以及低位阻下晶粒生长机制。低温烧结部分：平面热压流动低温烧结（1550℃）出致密的细晶α+β-Si3N4陶瓷，三点抗弯强度1022±138MPa，Hv10硬度为19.6±0.4 GPa。单向热压流动低温烧结（1500℃）出致密的细晶α+β-Si3N4陶瓷，三点抗弯强度851±131 MPa，Hv10硬度为21.4±0.9 GPa。平面热压流动低温烧结（1120℃）透明Al2O3陶瓷，透光率42.6%（700nm测试）。热压流动强化颗粒重排机制是低温液相、固相烧结的关键因素。热压流动烧结法是一种简单、有效的低温烧结方法，可大幅降低烧结温度。.可控的织构化工艺和强化机制：通过控制烧结温度、形变率、形变方向，制备出可控织构化的Si3N4陶瓷（Lotgering指数33.7%-99.3%）。制备出高性能织构化Si3N4陶瓷：最高强度1656±101 MPa，最高韧性10.6±0.8 MPa·m1/2，最高热导97.3 W·m−1K−1。所制备的织构化SiC晶须增强Al2O3陶瓷：硬度19±0.5 GPa，强度724±66 MPa，韧性7.5±1.2 MPa·m1/2，并制成SiC晶须增强Al2O3陶瓷刀具，做切削测试。长柱状晶粒的定向排布可以大幅改善材料的力学、热学性能。可控织构化是一种有效的增强方式。.晶粒生长机制：建立了在热压流动场中，Si3N4晶粒在低位阻作用下的动态生长机制。建立了Si3N4晶粒在低位阻作用下的静态生长机制。..