高熵硼化物含量对Si3N4陶瓷显微结构与性能的影响

作者：林锐霖; 顾乾坤; 罗嗣春; 张岩; 郭伟明^*; 林华泰

来源：硅酸盐学报, 2022, 50(06): 1499-1503.

DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20210901

• 氮化硅陶瓷
• 高熵硼化物
• 相组成
• 显微结构
• 力学性能

氮化硅(Si3N4)陶瓷具有广泛的工业应用潜力，但其硬度和断裂韧性往往难以兼顾，这会限制到 Si3N4陶瓷的应用。为了获得兼具高硬度和高韧性的 Si3N4陶瓷，以高熵硼化物(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)B2为添加剂，使用放电等离子烧结法在1 600 ℃制备了 Si3N4陶瓷材料。研究了(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)B2对 Si3N4陶瓷的相组合、致密度、显微组织和力学性能的影响。结果表明：与未添加(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)B2的 Si3N4陶瓷相比，在较低的烧结温度下(1 600 ℃)，仅添加 1.0%(体积分数)的(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)B2就能将 β-Si3N4的质量分数从 38%提高到 53%，获得双峰显微结构。因而，Si3N4基陶瓷的断裂韧性从(5.4±0.3) MPa·m1/2提升到(6.9±0.2) MPa·m1/2，而硬度维持在(20.2±0.2) GPa。随着高熵硼化物的含量增加到 2.5%和 5.0%,Si3N4基陶瓷致密度降低且相变进一步增加，导致硬度降低。

• 单位
  广东工业大学