Si3N4-MoSi2和Si3N4-SiC复相陶瓷氧化行为及机理研究.pdf

国内图书分类号:TB332
国际图书分类号:621


工学硕士学位论文

Si3N4-MoSi2 和 Si3N4-SiC 复相陶瓷
氧化行为及机理研究

















硕士研究生: 董兆斌
导师: 邵文柱副教授
申请学|位: 工学硕士
学科、专业: 材料学
所在单位: 材料科学与工程学院
答辩日期: 2006 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TB332
: 621



Dissertation for the Master Degree in Engineering

OXIDATION BEHAVIOR AND
MECHANISM OF Si3N4-MoSi2 AND
Si3N4-SiC MULTIPHASE CERAMICS

















Candidate: Dong Zhaobin
Supervisor: Prof. Shao Wenzhu
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Materials Science
Affiliation: School of Materials Science And
Engineering
Date of Defence: June, 2006
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
本文采用热压烧结工艺方法制备了不同 Si3N4 含量的 Si3N4-MoSi2 和
Si3N4-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,Si3N4-MoSi2 复相陶瓷致密度、抗弯强度和硬度随
MoSi2 含量的增加而减小,抗弯强度最大可达 942MPa。热膨胀系数随
MoSi2 含量的增加而增加。其电导率导通门槛值在 30~45wt.%MoSi2 之间。
Si3N4-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 Si3N4-MoSi2 复相陶瓷,在 1100ºC 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 1300ºC,氧化动力学近似为抛物线规律,
并且随着 MoSi2 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 1500ºC,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 1500ºC 氧化时其动力学由增重转变为失
重的主要原因。
对于 Si3N4-30wt.%SiC 和 Si3N4-45wt.%SiC 两种复相陶瓷,在 1100ºC 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 1300ºC 和
1500ºC,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。Si3N4-60wt.%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 Si3N4-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
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
的稀土结晶相。

关键词 Si3N4-MoSi2 复相陶瓷;Si3N4-SiC