低温热压制备高硬度、高韧性Si3N4–SiCw–ZrB2陶瓷

作者：陈志伟; 郭伟明^*; 罗嗣春; 林华泰

来源：硅酸盐学报, 2022, 50(06): 1527-1532.

DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20210844

• 氮化硅
• 碳化硅晶须
• 硼化锆
• 低温热压烧结
• 显微结构
• 力学性能

通常低温热压烧结的Si3N4陶瓷具有较高的硬度和较低的断裂韧性；而高温热压烧结的Si3N4陶瓷具有较低的硬度和较高的断裂韧性。为了获得高硬度、高韧性Si3N4陶瓷，添加20%SiCw(SiC晶须，体积分数)和2.5%ZrB2，在1 500℃低温热压制备了Si3N4基陶瓷，开展其相组成、致密度、显微结构和力学性能研究，并与1 800℃高温热压烧结Si3N4进行了对比研究。结果表明：SiCw的引入阻碍了Si3N4低温致密化，致密度从97.9%降低到92.9%,Vickers硬度从20.5 GPa降低到16.4 GPa，断裂韧性从2.9 MPa·m1/2增加到3.4 MPa·m1/2。同步引入SiCw和ZrB2，则促进α-Si3N4向β-Si3N4的相变，致密度仍在97.5%，硬度和韧性分别为20.7 GPa和5.1 MPa·m1/2。与低温烧结Si3N4陶瓷相比，Si3N4–SiCw–ZrB2陶瓷的硬度未降低，而韧性大幅提升；与高温烧结Si3N4陶瓷相比，硬度大幅提升。通过结合SiCw、ZrB2以及低温热压，实现了高硬度、高韧性Si3N4基陶瓷的制备，有望进一步推动其在陶瓷结构件领域的应用。

• 单位
  广东工业大学