Si3N4基導(dǎo)電陶瓷的制備及其性能研究.pdf

1、Si3N4陶瓷具有高硬度、高耐磨、高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱、優(yōu)異的抗熱震和抗氧化性能等特性，被廣泛用于航空航天、機(jī)械工業(yè)、裝甲、基板等領(lǐng)域。但由于固有的高硬度、脆性和絕緣性，Si3N4陶瓷傳統(tǒng)機(jī)加工成本高且無法進(jìn)行EDM加工，難以實現(xiàn)形狀復(fù)雜和微型化的零部件加工。同時，由于其絕緣特性，PVD涂層技術(shù)在Si3N4陶瓷刀具上應(yīng)用效果較差，導(dǎo)致無法利用此技術(shù)來顯著提高Si3N4陶瓷刀具的切削性能。因此，開發(fā)具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的Si3N4基陶瓷具有重大的意

2、義。本論文以TiC、TiN、TiCN和ZrB2作為導(dǎo)電第二相，利用熱壓工藝制備Si3N4基導(dǎo)電陶瓷，并對其綜合性能和應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。
　　首先以TiC和TiN粉為導(dǎo)電相，利用熱壓燒結(jié)制備了Si3N4-TiC和Si3N4-TiN導(dǎo)電陶瓷，并對其力學(xué)、電學(xué)及電火花加工性能進(jìn)行對比研究。研究表明，Si3N4-TiN導(dǎo)電陶瓷具有較好的高溫穩(wěn)定性，而Si3N4-TiC在高溫下則轉(zhuǎn)變?yōu)镾i3N4-TiC0.5N0.5-SiC導(dǎo)電陶瓷。高含

3、量TiN和TiC的增加均有助于提高Si3N4的硬度，但降低其斷裂韌性。與TiN相比，TiC可以更好地改善Si3N4致密化、導(dǎo)電性能及電火花加工性能。在電火花加工過程中，材料去除機(jī)制主要為Si3N4氧化和高溫分解。Si3N4基導(dǎo)電陶瓷的電阻率和Si3N4含量越低，其電火花加工后表面粗糙度和材料去除率越低。
　　然后以TiC0.5N0.5粉為導(dǎo)電第二相，利用熱壓燒結(jié)制備了Si3N4-TiC0.5N0.5陶瓷，研究了TiC0.5N0.5

4、含量對其力學(xué)、電學(xué)、PVD涂層和切削加工性能的影響。研究表明:Si3N4-TiC0.5N0.5陶瓷具有較好的高溫穩(wěn)定性，TiC0.5N0.5含量的增加可以降低Si3N4陶瓷電阻率，并改善硬度，但降低抗彎強(qiáng)度。同時，TiC0.5N0.5含量的增加可以改善Si3N4陶瓷刀具表面的PVD涂層厚度、結(jié)合強(qiáng)度和硬度，進(jìn)而有效提高刀具耐磨損性能和切削壽命。其刀具的磨損機(jī)制均以機(jī)械摩擦導(dǎo)致的磨粒磨損為主，伴隨少量粘結(jié)磨損。
　　最后采用ZrB2

5、粉作為導(dǎo)電第二相，首次利用熱壓燒結(jié)工藝制備了Si3N4-ZrB2陶瓷，并對其化學(xué)反應(yīng)性、致密化和熱穩(wěn)定性進(jìn)行探索性研究。
　　研究表明:在N2氣氛高溫?zé)釅簾Y(jié)過程中Si3N4-ZrB2陶瓷會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在1500℃時反應(yīng)較弱，在1600℃或更高溫度時會發(fā)生顯著反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物可能包含ZrN、BN、ZrSi2、SiC或者Si，具體的產(chǎn)物組成取決于燒結(jié)溫度。通過加入復(fù)合燒結(jié)助劑可在1500℃制備致密的Si3N4-20vol.％ZrB