2.3.1 试样制备 10

3 实验结果讨论与分析 12

3.1性能表征 12

3.2 结论与分析 16

3.2.1 温度以及草酸对氮化硅陶瓷致密化的影响 16

3.2.2 温度及草酸对氮化硅陶瓷形貌的影响 17

3.2.3 温度及草酸对氮化硅陶瓷热导率的影响 17

3.2.4 温度及草酸对氮化硅陶瓷抗弯强度的影响 19

3.2.5 温度以及草酸对氮化硅陶瓷硬度及韧性的影响 20

4 结论与展望 22

致谢 23

参考文献 24

1 绪论

1.1 Si3N4简介

1.1.1 Si3N4的结构及性能

Si3N4是一种新型的高温构造陶瓷材料，具备很好的化学性能，同时具有抗热震性好，高温蠕变小的特点，对于多种有色金属融体不润湿，硬度高，具备自润滑性，已普遍应用到切削刀具、冶金、航空、化工这些行业当中。论文网

Si3N4是主要由共价键组成的化合物，键强，键的方向性强，构造中形成缺陷和迁移所需的能量很大，也就是缺陷扩散系数低（缺点），很难烧结，这当价键Si-N的成分为70 %，离子键为30 %，与此同时因为Si3N4本身构造致密度不够，从而需要添加少量氧化物烧结助剂才能提高性能，通过液相烧结使其致密化。

Si3N4拥有α、β和γ三种晶体结构。两种常见晶型都是六方晶系，并且能够在常温常压条件下被制备。构成的三维空间网络均是由[SiN4]4-四面体共用顶角构成的。

β相在高温状态下，热力学上更稳定，因此α相会产生相变，变为β相。从而Si3N4粉因高α相含量，烧结时可以获得细晶、长柱状β-Si3N4晶粒，增强材料的断裂韧性。但烧结陶瓷时需要控制颗粒生长得异常，使得材料出现气孔、裂纹、位错缺陷，成为材料的断裂源。

Si3N4陶瓷材料在工业性能上体现出了良好的工艺性能。（1）机械强度高，和刚玉的硬度相近，有自润滑性，很耐磨；（2）热膨胀系数小，热稳定性高，导热性能良好；（3）化学性能稳定，能够承受强烈的辐射照射等等。

晶体的常见参数如下图所示：

 氮化硅晶格常数及密度

表 2 氮化硅的基本性质

α相和β相如下图所示： 

 α相结构 β相结构

晶体价键短，电子中能成键的多，原子键排列的方向性强。并且Si3N4的原子间作用力强。Si3N4有两种用不同的堆砌方式堆砌[Si-N4]四面体结构形成的三维网络晶形，一种是α-Si3N4，另一种是β-Si3N4。Si3N4晶体的硬度非常高，这是因为晶体中有着[Si-N4]四面体结构单元。一个存在着6个硅原子、8个氮原子的β-Si3N4的晶胞内，分为两个平面，其中一个平面上分布着3个硅原子和4个氮原子，比这个平面更高的平面上分布着剩余一半，接着第三层对应第一层，即排列方式为ABAB，分布在C轴上。β-Si3N4晶胞的参数为，a=0.7606 nm，c=0.2909 nm。与之不同的是，α-Si3N4中原子在两个平面上第三层与第一层错开一个位置，第四层与第二层错开一个位置，即排列方式为ABCD。α-Si3N4晶胞参数相对β- Si3N4 而言变化不大，但是在C 轴方向大概扩大一倍（a=0.775nm，c=0.5618nm），体系的稳定性由于其中还含有3%的氧原子以及许多硅空位所以较差，因此四面体晶形在α相结构内发生了变异，在热力学上来说，β相更稳定一些。α 相中的[Si-N4]四面体由于氧原子在α相中形成Si-O-Si离子性较强的的键容易形成取向的改变和链的伸直，原子的位置发生变化，使得α 相在温度到达1300 ℃以上时转化为β相，使其它的结构稳定。