二次弹性相对含孔隙纳米复相陶瓷力学性能的影响

[化学] 纳米复相陶瓷研究关于《[化学] 纳米复相陶瓷研究》，是我们特意为大家整理的，希望对大家有所帮助。

近几年来，纳米复相陶瓷越来越引起了材料学专家的广泛注意。

纳米复相陶瓷是指第二相纳米颗粒以某种方式弥散于陶瓷主晶相中形成的一种纳米复合材料，分为晶内型、晶界型和纳米一纳米复合型3种，纳米复相陶瓷现已成为提高陶瓷材料性能的一个重要途径。

研究表明，在微米陶瓷基体中引入纳米分散相进行复合，可使陶瓷材料的强度、韧性、硬度、弹性模量、抗蠕变性、抗疲劳性和高温性能等都有不同程度的改善，对材料的电、磁等性能也产生较大影响。

纳米复相陶瓷是当今高温结构陶瓷研究的热点之一。

一.纳米复相陶瓷的制备方法制备纳米复相陶瓷的目标是使陶瓷基体结构中均匀分散纳米级颗粒，并使这些颗粒进入基体内部形成“内晶”结构。

常见制备纳米复相陶瓷的方法有：1．1 机械混合分散一成形一烧结法将纳米粉末掺入到基体粉末中进行混合、球磨、成形、烧结得到纳米复相陶瓷。

该方法的优点是制备工艺简单，不足之处是球磨本身不能完全破坏纳米颗粒间的团聚，不能做到2相组成的均匀分散。

若在机械混合的基础上使用大功率超声波以破坏团聚，并调整体系的pH值或使用适量分散剂，可使最终的分散性有一定的改善。

另外，由于球磨介质的磨损，会带入一些杂质给纳米复相陶瓷的性能带来不利影响，如将A1O、TiC、Cr2O 按一定比例在酒精介质中球磨72 h，在真空中干燥，采用石墨模具在 1 750℃、25 MPa压力下N 气氛热压烧结20 min，得到A1O 一TiC复相陶瓷；由氩气保护，利用该方法可制得AIO 与合金的复相陶瓷。

1．2 复合粉末一成形一烧结法复合粉末的制备是利用化学、物理过程直接制取基质与弥散相在一起完成的。

该复合粉末均匀分布，对其进行成形后采取不同的方法进行烧结，可获得纳米复相陶瓷。

制备纳米复合粉末的方法有：化学气相沉积法、碳热还原氧化法以及溶胶一凝胶法等。

......目录一.纳米复相陶瓷的制备方法二．纳米复相陶瓷研究的实例三.纳米复相陶瓷的性能参考资料参考文献1 梁忠友．纳米复相陶瓷研究进展．全国性建材科技期刊——陶瓷，1999(4)：10—112 曾照强，胡晓清．添加Cr2O对TiC陶瓷烧结及纳米结构形成的影响．硅酸盐学报，1998，26(5)：178 1813 Osso D，TiUement 0，Legaer G，et a1．Alumina—alloy llano。

两步烧结对SiC／纳米SiB6复合陶瓷性能的影响张玲洁;盛建松;郭兴忠;杨辉【摘要】SiC/SiB6 composite ceramics were synthesized by pressureless liquid phase sintering, using SiBe nanoparticles as the reinforcement and YAG as the sintering aid. The effects of two-step sintering on their sintering properties and mechanical performance were studied. Results show, two-step sintering could affect the sintering properties and mechanical performance of the composite ceramics. When the temperature of the first sintering rose from 1850℃ to 1900℃, the contractiveness, mass loss and relative density of SiC/SiBe composite ceramics increased, but the flexural strength and Vickers hardness decreased; when the temperature of the second sintering rose from 1850℃ to 1900℃, the mass loss increased, the con travenes and relative density decreased, but the flexural strength and Vickers hardness were enhanced.%以纳米SiB6颗粒为增强相，YAG为烧结助剂，采用无压液相烧结技术制备了SiC／纳米SiB6复合陶瓷，主要研究两步烧结对复合陶瓷烧结特性和力学性能的影响。

新型陶瓷复合材料的力学性能研究当谈到材料科学领域的研究，复合材料无疑是一个备受关注的话题。

复合材料由两种或多种不同类型的材料组成，能够充分发挥各自原材料的优点，弥补缺点，从而获得更好的性能。

其中，新型陶瓷复合材料引起了广泛的兴趣。

本文将讨论新型陶瓷复合材料的力学性能研究，以及它们在各个领域的应用前景。

首先，我们需要明确什么是陶瓷复合材料。

陶瓷复合材料是由陶瓷基质和增强相或填充相组成的复合材料。

陶瓷基质通常具有优良的耐热性和耐腐蚀性，而增强相或填充相则能够提供强度和韧性。

这种组成结构使得陶瓷复合材料具有独特的力学性能。

在研究陶瓷复合材料的力学性能时，许多关键因素需要考虑。

首先是材料的组分和形状。

不同成分和形状的复合材料会导致不同的力学性能。

例如，使用纳米颗粒作为增强相可以提高材料的强度和硬度。

其次是界面的结合情况。

良好的界面结合能够有效传递应力，并提高材料的韧性。

因此，通过合理的界面设计可以优化材料的力学性能。

另一个关键因素是材料的微观结构。

在传统的陶瓷材料中，晶界缺陷和孔隙是常见的缺陷，它们会导致材料的脆性。

而通过现代技术，例如单晶陶瓷和纳米陶瓷，可以减少这些缺陷，提高材料的韧性。

此外，研究者还对陶瓷复合材料的晶粒大小、晶粒分布等因素进行了深入研究，以了解其对力学性能的影响。

通过对新型陶瓷复合材料的力学性能研究，人们发现它们在许多领域有广泛的应用前景。

首先是汽车工业。

陶瓷复合材料具有优异的耐磨性和耐高温性，可以应用于发动机和刹车系统等关键部件。

其次是航空航天领域。

由于陶瓷复合材料的轻质高强特性，它们可以用于制造飞机的结构件和发动机叶片，提高飞机的性能。

此外，新型陶瓷复合材料还可以应用于医疗领域的人工关节和牙科材料，以及能源领域的高温燃烧设备等。

在研究新型陶瓷复合材料的力学性能时，我们也面临一些挑战。

首先是制备工艺的问题。

陶瓷复合材料的制备过程相对复杂，涉及到高温、高压等条件。

在这个过程中，如何实现优化的复合材料结构并避免产生缺陷是一个重要的研究方向。

陶瓷的力学性能陶瓷材料的化学健大都为离子键和共价健，健合牢固并有明显的方向性，同一般的金属相比，其晶体结构复杂而表面能小。

因此，它的强度、硬度、弹性模量、耐磨性、耐蚀性和耐热性比金属优越，但塑性、韧性、可加工性、抗热震性及使用可靠性却不如金属。

因此搞清陶瓷的性能特点及其控制因素，不论是对研究开发还是使用设计都具有十分重要的意义。

本节主要讨论弹性、硬度、强度、韧性及其组织结构因素、环境因素的影响。

一．弹性性能1.弹性和弹性模量陶瓷材料为脆性材料，在室温下承载时几乎不能产生塑性变形，而在弹性变形范围内就产生断裂破坏。

因此，其弹性性质就显得尤为重要。

与其他固体材料一样。

陶瓷的弹性变形可用虎克定律来描述。

陶瓷的弹性变形实际上是在外力的作用下原子间里由平衡位置产生了很小位移的结果。

弹性模量反映的是原子间距的微小变化所需外力的大小。

表11.3给出一些陶瓷在室温下的弹性模量。

2.温度对弹性模量的影响由于原子间距和结合力随温度的变化而变化，所以弹性核量对温度变化很敏感、当温度升高时。

原子间距增大，由成j变为d，(见图11.2而该处曲线的斜率变缓，即弹性模量降低。

因此，固体的弹性模量一般均随温度的升高而降低。

图11.3给出一些陶瓷的弹性模量随温度的变化情况。

一般来说，热膨胀系数小的物质，往往具有较高的弹性模量。

3.弹性模量与熔点的关系物质熔点的高低反映其原子间结合力的大小。

一般来说，弹性模量与熔点成正比例关系。

不同种类的陶瓷材料样性模量之间大体上有如下关系氧化物＜氯化物＜硼化挪＜碳化物。

泊松比也是描述陶瓷材料弹性变形的重要参数。

表11.4给出一些陶瓷材料和金属的泊松比。

可以看出除BeO与MgO外大多数陶瓷材料的泊松比都小于金属材制的泊松比。

4.弹性模量与材料致密度的关系陶瓷材料的致密度对其弹性模量影响很大。

图11.5给出AL2O3陶瓷的弹性模量随气孔率的变化及某些理论计算值的比较。

Fros指出弹性模量与气孔率之间将会指数关系E=E0exp(-BP式中B--常数。

纳米颗粒增强陶瓷复合材料的力学性能研究纳米材料的出现和应用给材料科学领域带来了巨大的革命，尤其是在复合材料方面。

其中，纳米颗粒增强陶瓷复合材料因其独特的力学性能备受关注。

本文将探讨纳米颗粒对陶瓷复合材料力学性能的增强作用，并分析其机理。

1. 纳米颗粒强化效应纳米颗粒作为增强材料能够显著提高陶瓷复合材料的强度和硬度。

这是由于纳米颗粒尺寸较小，具有更高的比表面积和较大的界面能，能够有效阻拦晶界滑移以及裂纹扩展，增强材料的断裂韧性。

另外，纳米颗粒还能够改变陶瓷复合材料的晶体结构，使其具备更好的导电性和光学性能。

2. 纳米颗粒增强机制纳米颗粒增强陶瓷复合材料的机制主要可以从界面相容性、晶体结构和微观应力场几个方面解释。

首先，纳米颗粒与陶瓷基体之间的界面能够增加复合材料的界面相容性，使得陶瓷基体更好地吸附纳米颗粒，从而增强界面的结合强度。

其次，纳米颗粒的晶粒尺寸比陶瓷基体小得多，这种尺寸差异将在晶界上产生一定的应力场，限制晶界滑移和晶体的扩散。

最后，纳米颗粒与陶瓷基体的相互作用还可以通过增强材料的界面钳制效应，使得裂纹扩展受到限制。

3. 纳米颗粒增强陶瓷复合材料的应用纳米颗粒增强陶瓷复合材料已经被广泛应用于多个领域。

其中最具代表性的是陶瓷基复合材料，如碳化硅增强陶瓷复合材料、氧化铝增强陶瓷复合材料等。

这些复合材料在航空航天、汽车制造、电子设备等领域中发挥了重要作用。

此外，纳米颗粒增强陶瓷复合材料还可用于涂层材料、生物医学器械等方面。

4. 纳米颗粒与陶瓷基体的相互作用纳米颗粒与陶瓷基体之间的相互作用对于纳米颗粒增强陶瓷复合材料的力学性能至关重要。

研究发现，纳米颗粒的分散均匀性、界面结合强度以及晶粒尺寸等因素都会影响纳米颗粒增强效果。

因此，如何控制纳米颗粒在陶瓷基体中的分布以及界面的结合强度成为了研究的重点。

目前，研究者们通过改变纳米颗粒的形状、大小、表面修饰等手段来实现对其分散以及与陶瓷基体之间的相互作用的调控。

第三章试验结果与讨论3.1ZrO2增强增韧Al2O3陶瓷Al2O3是性能优良的氧化物陶瓷，因其硬度高，介电性能好，耐化学腐蚀、耐高温、价廉而被广泛使用。

但其强度及韧性不高，使其应用受到一定限制。

在Al2O3中引入ZrO2颗粒利用其相变增韧以及对Al2O3晶粒生长的抑制作用，可以改善氧化铝陶瓷的力学性能。

过去的研究通常是在Al2O3基体中引入微米级或亚微米级的ZrO2颗粒，使得Al2O3基复相陶瓷性能有了较大改善。

80年代末，纳米技术的发展给制备陶瓷带来了全新的概念，尤其是纳米复相陶瓷技术有了长足的进步。

但大部分的研究结果表明，纳米复相陶瓷大幅度提高了陶瓷的强度，而韧性未有较大改善。

分析微米级陶瓷材料制成的复相陶瓷中主要存在的问题是ZrO2晶粒尺寸易于超过临界尺寸，大大降低增强增韧的效果。

而纳米复相陶瓷主要是利用微裂纹、裂纹偏转、裂纹弯曲等增韧机理，制备高温下具有良好的力学性能的材料。

利用传统ZrO2增强增韧原理，结合纳米复相陶瓷技术为进一步提高Al2O3基复相陶瓷的性能提供了新的技术支撑。

因此以纳米ZrO2、微米Al2O3为原料制备ZTA复相陶瓷是值得重视的研究方向。

要获得性能优良的ZTA复相陶瓷的关键是一方面得到致密化程度高的细晶结构，另一方面在室温下烧结体内能存在尽可能多的亚稳态四方氧化锆，这样才有可能大幅度地提高材料的力学性能。

为了获得满足以上条件的ZTA复相陶瓷材料，在组成、显微结构和工艺措施上从以下几个方面对材料进行了研究：原料的选择、原料的超细化处理、烧成制度以及nano－ZrO2颗粒的添加量。

3.1.1原料的选取及处理（a）ZrO2原料的选取在本论文的研究过程中，先对三种不同的氧化锆原料就其烧结性能和力学性能进行了对比，其中南玻氧化锆一次粒径为30～50nm，九江氧化锆一次粒径为60～100nm。

试验中采用尼龙罐以及玛瑙球介质在行星球磨机上对原料进行了超细化处理，料球比为1：3：0.7，球磨4h后烘干并干压成型，在1600℃，保温2个小时的条件下得到烧结体。

济南大学硕士学位论文持澄清，所放出的气体没有任何气味，这排除产生氨气的可能性。

当ｐＨ值达到４～５时溶液中开始产生凝胶状沉淀，此时生成的沉淀可能是Ｚｒ（ＯＨ）４，在急速搅拌下继续加入ＮＨ４ＨＣ０３溶液，伴随着气体的放出和沉淀量的增加，反应体系流动性急剧下降，这是由于Ｚｒ（ＯＨ）４凝胶大量吸水所导致的。

然而在强力搅拌下进一步加入ＮＨ４ＨＣ０３溶液时，沉淀逐渐溶解，直至形成透明澄清液，在此过程中没有气体产生。

这表明Ｚｒ（ＯＨ）４和Ｎ地Ｈｃ。

３反应生成了可溶于水的（ＮＩ－ｈ）３ＺｒＯＨ（Ｃ０３）３－２Ｈ２０。

当将所得清滚１０ｍＬ滴入１００ｍＬ无水乙醇中时，有白色沉淀析出。

可以看出上述反应现象与ＮＨｄ／－ＩＣ０３和ＺｒＯＣｌ２＇９Ｈ２０通过两步反应生成（Ｎｔｈ）３ＺｒＯＨ（Ｃ０３）３－２Ｈ２０的反应机理相吻合。

实验２：首先在Ｏ．５Ｍ的ＺｒＯＣｌＴ９Ｈ２０的水溶液中滴加氨水生成Ｚｒ（ＯＨ）４沉淀的悬浊液，然后在上述悬浊液中加入ＮＨ４ＨＣ０３并强力搅拌，发现Ｚｒ（ＯＨ）４沉淀物逐渐被溶解，最后生成无色清液；在此过程中没有气体放出。

当将上述清液滴入无水乙醇中时，（Ｎ】阻）３ＺｒＯＨ（Ｃ０３）３－２Ｈ２０沉淀析出，这说明ｚｒ（ｏ聊４和ＮＩ－ｈＨＣ０３可以通过化学反应生成㈣，Ｚｒ０Ｈ（Ｃ０，）３＂２ＨｚＯ。

黟鬻盟鬻‰。

∞因此，实验１和２无论在实验现象还是产。

４物上都证实了ＺｒＯＣｌ２和ＮＨ４ＨＣ０３通过两步反应生成（ＮＨ４）３ＺｒＯＨ（Ｃ０３）３·２Ｉｔ２０的合理性。

同理，ＮＨ４ＡＩ（Ｓ０４）２和ＮＨ４ＨＣ０３反应也会生成碱式碳酸盐【５Ｊ，反应式如下：ＮＨ４ＡＩ（Ｓ０４）２·２４Ｈ２０＋４ＮＨ４ＨＣ０３＝ＮＨ４Ａ１０（ＯＨ）ＨＣ０３·２Ｈ２０＋３Ｃ０２＋２ｍＨ４）２８０４＋２５Ｈ２０（２－３）虽然液相共沉淀法制备粉体两相混合能更均匀充分，Ｚｒ０２／Ａ１２０３能在原子级水平上均匀混合，但由以上分析可知，反应产物（ＮＨ４）３ＺｒＯＨ（Ｃ０３）３·２Ｈ２０在水中溶筋，在洗涤过滤过程中部分氧化锆前驱体流失，导致Ｚｒ０２／Ａ１２０３成分比例难以控制，并且造成原材料的浪费。

纳米陶瓷材料的力学性能研究引言：纳米陶瓷材料在近年来受到了广泛的关注和研究，其在材料科学领域具有巨大的应用潜力。

在纳米尺度下，物质表面的特性和力学性能发生了重大变化，因此对纳米陶瓷材料的力学性能研究具有重要意义。

本文将从纳米陶瓷材料的力学特性和应变行为两个方面，探讨其研究进展和应用前景。

一、纳米陶瓷材料的力学特性纳米陶瓷材料的力学特性受到尺寸效应的影响，其力学性能表现出非常特殊的行为。

首先，纳米陶瓷材料的强度和硬度呈现出明显的增加。

由于缺陷的减少和晶界的增加，纳米陶瓷的晶体结构更加致密，导致其强度和硬度提高。

此外，纳米陶瓷材料的韧性也得到了显著提升。

纳米陶瓷材料的小尺寸效应使得其易发生塑性变形，可以更好地吸收能量，从而提高了其韧性。

二、纳米陶瓷材料的应变行为研究纳米陶瓷材料的应变行为对于了解其力学性能至关重要。

纳米陶瓷材料在受力时存在着明显的非线性应变行为，与其宏观单晶和微米尺度陶瓷材料存在差异。

首先，纳米陶瓷材料的应变曲线呈现出显著的弹性范围，高应变区域呈现出塑性行为。

这可能与纳米结构中晶界和缺陷的增加有关。

其次，纳米陶瓷材料的断裂形貌往往呈现出断口韧窝，说明其在断裂过程中具有相对较好的韧性。

三、纳米陶瓷材料的应用前景纳米陶瓷材料由于其优异的力学性能，具有广泛的应用前景。

首先，纳米陶瓷材料可以应用于高温环境下的结构材料。

其优异的耐热性能使得其可以在极端高温下保持结构完整性。

此外，纳米陶瓷材料还可以应用于电子器件和能源领域。

由于其良好的导电性和热稳定性，纳米陶瓷材料可以用于制备高性能的传感器和储能器件。

此外，纳米陶瓷材料还可以应用于生物医学领域。

其生物相容性和抗菌性能使得其在医学器械和骨修复领域具有巨大潜力。

结论：纳米陶瓷材料的力学性能研究具有重要的学术意义和应用价值。

通过研究纳米陶瓷材料的力学特性和应变行为，可以更好地了解其力学性能和改善措施，为相关领域的应用提供理论依据。

随着纳米技术的不断发展和进步，纳米陶瓷材料有望在诸多领域展现出更为广阔的应用前景。

3Y-TZP/Al2O3复相陶瓷的力学性能研究摘要ZTA复相陶瓷具有良好的性能，在许多领域都得到广泛的应用。

本实验以纳米3Y-TZP 和微米Al2O3为主要原料，采用常压烧结法制备致密的纳米ZTA复相陶瓷材料。

分别探讨不同氧化锆含量对材料致密化、相组成、显微结构以及力学性能的影响。

实验结果表明，ZTA复相陶瓷的相对密度会随着3Y-TZP含量的升高而先上升后降低。

纳米3Y-TZP颗粒能够分布在基体颗粒的晶界，从而使试样的相对密度升高。

当3Y-TZP 含量为30wt%时，其相对密度达到最高，如烧结温度为1400℃，试样的相对密度高达96.35%。

若继续提高3Y-TZP含量，其相对密度因过多的纳米颗粒团聚而下降。

并且在一定的烧结温度范围内，ZTA复合陶瓷的相对密度会随着烧结温度的升高而增大。

经机械混合后的粉料的晶相组成主要为α-Al2O3和t-ZrO2。

而经过高温烧结后，试样中的晶相组成为α-Al2O3、t-ZrO2和一定量的m-ZrO2。

在烧结温度范围内，试样中的颗粒会随着烧结温度的升高而增大，Al2O3颗粒随着3Y-TZP含量的增加而变小。

纳米级的3Y-TZP颗粒会形成“內晶型”结构。

在烧结温度为1450℃时，含30wt%3Y-TZP的试样抗弯强度高达441.22MPa。

纳米颗粒抑制颗粒的长大，细晶能够阻碍裂纹的扩展，而提高试样的力学性能。

关键词：3Y-TZP，复相陶瓷，力学性能Reseach of Mechanical Properties for the 3Y-TZP/Al 2O 3Composite CeramicsAbstractZTA composite ceramics have been widely used in many areas with the good performance. In the experiment, 3Y-TZP and Al 2O 3 as raw materials, the dense nano ZTA composite ceramics were prepared by pressureless sintering. Effects of different zirconia content on the densification, microstructure, phase composition and mechanical properties of 3Y-TZP/Al 2O 3 composite ceramics were investigated.The results show that density of ZTA composite ceramics will first increase and then decrease when the 3Y-TZP content increase. 3Y-TZP nano-particles can be distributed over particles in the matrix grain boundaries, so that the sample density increased. When the 3Y-TZP content was 30wt%, its highest density, such as sintering temperature is 1400℃, the density as high as 96.35%. If you continue to improve the content of 3Y-TZP, the density will decline due to the excessive nano-particle agglomeration. And in a range of Sintering temperature, ceramic density will increase with the increase of sintering temperature. The phase of powder with mechanical mixture mainly composed of α-Al 2O 3 and t-ZrO 2. With high temperature sintering, the phase in specimen is α-Al 2O 3, t-ZrO 2 and m-ZrO 2. In the sintering temperature range, particles will become lager with sintering temperature increasing, and be smaller with content of 3Y-TZP increasing. The nano-particles of 3Y-TZP will be to form the "crystal" structure. When the sintering temperature being 1450℃, bending strength of the specimen containing 30wt% 3Y-TZP up to 441.22MPa. Nano-particles can inhibit the grain growth, grain can hinder crack extension, and improve the mechanical properties.Keywords ：3Y-TZP , composite ceramics, mechanical properties目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 氧化锆增韧氧化铝复相陶瓷(ZTA) (1)1.2.1 陶瓷基复相陶瓷 (1)1.2.2 氧化铝的性质与应用 (2)1.2.3 氧化锆的性质与应用 (3)1.2.4 ZTA复相陶瓷的发展 (4)1.3 ZTA复相陶瓷的增韧机理 (4)1.3.1 相变增韧 (4)1.3.2 颗粒弥散增韧 (5)1.3.3 晶须补强增韧 (5)1.3.4 纳米复合陶瓷增韧 (6)1.4 ZTA陶瓷的制备 (6)1.4.1 ZTA复合粉体制备 (6)1.4.2 复合陶瓷成形 (7)1.4.3 复合陶瓷烧结 (7)1.5 研究意义及内容 (7)第2章实验内容与过程 (8)2.1实验原料及设备 (8)2.1.1 实验原料 (8)2.1.2 实验设备 (8)2.1.3 试样的配方 (9)2.2 试样的制备工艺 (9)2.2.1 纳米3Y-TZP粉体的制备 (9)2.2.2 配料 (10)2.2.3 球磨混合 (10)2.2.4 干燥 (10)2.2.5 压制试样 (10)2.2.6 烧结 (11)2.2.7 取样 (11)2.3 测试 (11)2.3.1 体积密度和相对密度的测试 (11)2.3.2 物相组成分析 (12)2.3.3 SEM分析 (13)2.3.4 抗弯强度测试 (13)2.3.5 硬度测试 (13)第3章实验结果与分析 (14)3.1 相对密度 (14)3.2 XRD分析 (16)3.3 SEM分析 (18)3.4 抗弯强度 (20)3.5 硬度 (21)结论 (23)参考文献 (24)致谢........................................................................................................... 错误！未定义书签。

微米级Si3N4-hBN复合陶瓷的制备与性能研究摘要针对氮化硅（Si3N4）陶瓷在工程应用过程中断裂韧性较差，不能满足使用要求，特别是在高应力场合下很容易发生脆性断裂等一系列缺陷的存在大大限制了氮化硅陶瓷的广泛应用等情况。

本文试图以氮化硅（α-Si3N4）为基体相，氮化硼（hBN）为第二相，配合相应复合助剂（Al2O3+Y2O3）烧结成复合陶瓷，研究不同烧结方法及不同实验变量下复合陶瓷的物理力学性能、摩擦学性能和微观形貌等的异同并获得以下几个结论：1）常压烧结下，气氛的保护、烧结温度以及压力施加都会对复合陶瓷的性能产生很大的影响，并且由于烧结温度比较低，复合陶瓷的力学性能比较一般。

2）热压烧结下，随着hBN含量的增加，复合材料的体积密度将会持续下降；气孔率先是急剧下降再又趋于平缓；复合材料的弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度都持续下降；复合材料的断裂方式逐渐由穿晶断裂为主向沿晶断裂为主转变，表明复合材料的韧性相对有所提高，复合陶瓷综合性能在不断提高。

3）hBN作为第二相的加入对复合陶瓷的摩擦学性能（包括摩擦因数、磨损率和磨损量）都有很大的影响。

关键词：Si3N4-hBN复合陶瓷，常压烧结，热压烧结，力学性能，摩擦学性能Micron Preparation and Properties of Si3N4-hBN CompositeCeramicsABSTRACTFor silicon nitride (Si3N4) ceramic fracture in engineering application process toughness poor, can not meet the requirements, especially in the presence of high stress situations are prone to brittle fracture and a series of defects in the silicon nitride ceramic greatly limits the widespread applications and so on.This paper attempts to silicon nitride (α-Si3N4) as the matrix phase, boron nitride (hBN) for the second phase, with the corresponding compound additive (Al2O3+ Y2O3) sintered composite ceramic, Similarities And Differences Between The Mechanical Properties Of Different Physical Methods And Sintering Under Different Experimental Variables Ceramic Composites, Tribological Properties And Morphology, Etc. And Get The Following Conclusions:1) Under normal pressure sintering atmosphere protection sintering temperature and pressure will be applied to the performance of the composite ceramics have a huge impact, and because a relatively low sintering temperature, the mechanical properties of ceramic composites more general.2)Under hot pressing, with the increase of hBN content, the bulk density of the composite material will continue to decline; stomata lead sharp decline and then leveled off; flexural strength, fracture toughness and Vickers hardness are declining ; composite fracture mode gradually broken by the transgranular to intergranular fracture dominated the main changes, indicating that the relative toughness of the composite increased, the overall performance composite ceramic has been improving.3)hBN is added as a second phase of the composite ceramic tribological properties (including friction coefficient, wear rate and the amount of wear) has a significant impact.Key words:Si3N4-hBN composite ceramic, Pressureless Sintering, Hot Pressing, Mechanical Properties, Tribological Properties目录摘要 (I)ABSTRACT ........................................................................................................................ I I 1 绪论 . (1)1.1 氮化硅陶瓷材料 (1)1.1.1 氮化硅晶体结构 (1)1.1.2 氮化硅陶瓷的制备及研究发展 (2)1.2 Si3N4-hBN复合陶瓷 (3)1.2.1 微米级Si3N4-hBN复合陶瓷的常规烧结方法 (3)1.2.2 其它烧结方法 (6)1.2.2 氮化硅基陶瓷的应用 (6)1.3 本课题研究的目的、意义和主要研究内容 (7)1.3.1 研究的目的和意义 (7)1.3.2 本课题研究的主要内容 (8)2 微米级Si3N4-hBN复合陶瓷常压烧结研究 (9)2.1 引言 (9)2.2 复合陶瓷材料制备 (9)2.2.1 原料与设备 (9)2.2.2 复合粉体制备 (9)2.2.3 复合陶瓷烧结 (10)2.3 复合陶瓷致密度和相变 (11)2.3.1 复合陶瓷的密度和气孔率 (11)2.3.2 复合陶瓷的XRD分析和形貌观察 (11)2.4 结论 (14)3 微米级Si3N4-hBN复合陶瓷的热压制备和试验方法 (14)3.1 材料烧结与试样制备 (14)3.1.1 复合粉体制备 (14)3.1.2 复合陶瓷的烧结工艺过程 (15)3.1.3 复合陶瓷试样的制备 (16)3.2 Si3N4-hBN复合陶瓷性能的测试方法 (17)3.2.1 材料密度和气孔率测定 (17)3.2.2 材料力学性能测试 (17)3.2.3 材料摩擦学性能测试 (19)3.2.4 材料的微观组织结构观察及能谱分析 (20)4 热压Si3N4-hBN复合陶瓷组织结构及力学性能的研究 (22)4.1 引言 (22)4.2 hBN含量对复合陶瓷强度和硬度的影响 (22)4.3 结论 (25)5 热压Si3N4-hBN复合陶瓷组织结构及摩擦学性能的研究 (26)5.1 引言 (26)5.2 Si3N4-hBN销试样与不锈钢盘试样配副的干摩擦学性能研究 (27)5.3 Si3N4-hBN销试样汞铬合金盘试样配副的干摩擦学性能研究 (29)5.4 小结 (32)6 结论与展望 (34)6.1 结论 (34)6.2 展望 (34)致谢 (36)参考文献 (37)微米级Si3N4-hBN复合陶瓷的制备与性能研究 11 绪论1.1 氮化硅陶瓷材料氮化硅陶瓷材料因其在强度、耐磨、耐腐蚀等性能上的卓越表现，广泛应用于航空航天、机械工业、电子电力、装甲、化工等领域，更因其优异的介电性能，常被研究作为一种新型的透波材料应用于高超声速飞行器上。

纳米陶瓷复合材料的研究进展摘要:综述了近年来关于纳米陶瓷复合材料的研究进展,并着重对纳米陶瓷复合材料的分类、制备方法及力学性能等进行了详细介绍,给出了相关材料的数据和图表。

关键词:纳米陶瓷复合材料制备力学性能纳米陶瓷复合材料是新近发展起来的一种新型复合材料,复合系中至少有一相为纳米尺寸。

陶瓷材料是特别有发展前景的耐高温材料,但其最大的缺点是脆性太强,断裂韧性差,这就使得这种高温结构材料在实际使用中受到很大的局限。

为进一步改善其断裂性和强度,拓宽其使用领域,1980年K.Niihara等人开始进行陶瓷纳米复合材料的研究。

在研究中,他们发现这种特殊的组合既使母体材料的常温力学性能(强度,硬度和断裂韧性等)得到很大提高,而且还能在一定程度上增强高温性能(如高温硬度,强度,蠕变抗力等),同时,也发现了一些有切削加工性和超塑性的陶瓷复合材料。

这引起研究者们的广泛兴趣,于是他们对大量的陶瓷系进行了研究,为后来的研究者进一步研究改善纳米陶瓷复合材料提供了很多可鉴之处。

1 分类根据弥散相的不同分布以及母相的大小差异,可以将纳米陶瓷复合材料分为晶内型、晶间型、晶内-晶间混合型和纳米-纳米型四种常见类型。

当弥散相处在母材晶粒内部时得到晶内型。

处在母材晶界时得到晶间型。

同时处于晶内、晶界时就可得到晶内-晶间混合型。

这种不同的分布是改善陶瓷的力学性能的主要因素。

在纳米-纳米混合型中,弥散相的尺寸和母材晶粒的尺寸都是纳米级的,这样陶瓷材料就能获得新的良好特性,像可切削加工性以及超塑性等。

2 制备方法首次制备出纳米陶瓷复合材料所用的方法为化学气相沉积法,并且采用这种方法获得了Si3N4/TiN这种新型复合材料,5 nm左右大小的TiN分布在Si3N4母材晶粒当中,显然,由这种方法能够得到非常好的弥散相。

可是,这种方法不太适用于成批生产较大较复杂的构件,而且由于生产成本较高,不符合实际经济效益。

因此,这就催生出了一些其他的更适宜制备纳米陶瓷复合材料的方法。

陶瓷的力学性能陶瓷材料的化学健大都为离子键和共价健，健合牢固并有明显的方向性，同一般的金属相比，其晶体结构复杂而表面能小。

因此，它的强度、硬度、弹性模量、耐磨性、耐蚀性和耐热性比金属优越，但塑性、韧性、可加工性、抗热震性及使用可靠性却不如金属。

因此搞清陶瓷的性能特点及其控制因素，不论是对研究开发还是使用设计都具有十分重要的意义。

本节主要讨论弹性、硬度、强度、韧性及其组织结构因素、环境因素的影响。

一．弹性性能1.弹性和弹性模量陶瓷材料为脆性材料，在室温下承载时几乎不能产生塑性变形，而在弹性变形范围内就产生断裂破坏。

因此，其弹性性质就显得尤为重要。

与其他固体材料一样。

陶瓷的弹性变形可用虎克定律来描述。

陶瓷的弹性变形实际上是在外力的作用下原子间里由平衡位置产生了很小位移的结果。

弹性模量反映的是原子间距的微小变化所需外力的大小。

表11.3给出一些陶瓷在室温下的弹性模量。

2.温度对弹性模量的影响由于原子间距和结合力随温度的变化而变化，所以弹性核量对温度变化很敏感、当温度升高时。

原子间距增大，由成j变为d，(见图11.2)而该处曲线的斜率变缓，即弹性模量降低。

因此，固体的弹性模量一般均随温度的升高而降低。

图11.3给出一些陶瓷的弹性模量随温度的变化情况。

一般来说，热膨胀系数小的物质，往往具有较高的弹性模量。

3.弹性模量与熔点的关系物质熔点的高低反映其原子间结合力的大小。

一般来说，弹性模量与熔点成正比例关系。

不同种类的陶瓷材料样性模量之间大体上有如下关系氧化物＜氯化物＜硼化挪＜碳化物。

泊松比也是描述陶瓷材料弹性变形的重要参数。

表11.4给出一些陶瓷材料和金属的泊松比。

可以看出除BeO与MgO外大多数陶瓷材料的泊松比都小于金属材制的泊松比。

4.弹性模量与材料致密度的关系陶瓷材料的致密度对其弹性模量影响很大。

图11.5给出AL2O3陶瓷的弹性模量随气孔率的变化及某些理论计算值的比较。

Fros指出弹性模量与气孔率之间将会指数关系E=E0exp(-BP)式中B--常数。