反应烧结法制备BN/Si3 N4复相陶瓷的结构和性能

作者:李永伟;唐学原 刊名:厦门大学学报(自然科学版) 上传者:谈伟

【摘要】采用在硅(Si)粉中添加硼(B)粉,利用反应烧结法制备氮化硼/氮化硅(BN/Si3 N4)复相陶瓷,分别采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜对其相组成和断面形貌进行表征,并采用同轴法分析其介电性能.结果表明:成型压强的增加会导致样品氮化率下降;随着氮化温度的升高,样品氮化率增大;随着B添加量的增加,样品的氮化率先升高后降低.采用12 MPa成型且B添加量为10%(质量分数)时,经1450℃氮化处理制得的陶瓷以β-Si3 N4相为主,孔隙率为40.12%,在2~18 GHz频率下,其介电常数为3.27~3.58,介电损耗角正切值为1.10×10-3~1.12×10-2.B的加入有效地改善了Si3 N4陶瓷的介电性能,有望应用于透波材料领域.

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第 5 7 卷 第 3 期 厦门大学学报(自然科学版) Vol.57 No.3 201 8 年 5 月 Journal of Xiamen University (Natural Science) May 20 1 8 http:∥jxmu.xmu.edu.cn doi:10.6043/j.issn.0438-047 9.201 706023 反应烧结法制备 BN/Si3N4 复相陶瓷的结构和性能 李永伟 1,唐学原 1,2* (1.厦门大学 材料学院,福建省特种先进材料重点实验室,2.高性能陶瓷纤维教育部重点实验室(厦门大学),福建 厦门 3 6 1 005) 摘要:采用在硅(Si)粉中添加硼(B)粉,利用反应烧结法制备氮化硼/氮化硅(BN/Si3 N4)复相陶瓷,分别采用 X 射线衍 射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜对其相组成和断面形貌进行表征,并采用同轴法分析其介电性能.结果表明: 成型压强的增加会导致样品氮化率下降;随着氮化温度的升高,样品氮化率增大;随着 B 添加量的增加,样品的氮化率 先升高后降低.采用 1 2 MPa 成型且 B 添加量为 1 0%(质量分数)时,经1 450 ℃氮化处理制得的陶瓷以β-Si3 N4 相为主, 孔隙率为 40.12%,在 2~18 GHz 频率下,其介电常数为 3.27~3.58,介电损耗角正切值为 1.10×10-3~1.12×10-2.B 的加入有效地改善了 Si3 N4 陶瓷的介电性能,有望应用于透波材料领域. 关键词:反应烧结;BN/Si3 N4 复相陶瓷;氮化率;介电性能 中图分类号:TB 32 1 文献标志码:A 文章编号:0438-047 9(201 8)03-03 1 7-06 收稿日期:201 7-06-21 录用日期:201 7-09-06 基金项目:国家自然科学基金(51 3022 3 5) *通信作者:xytang@xmu.edu.cn 引文格式:李永伟,唐学原.反应烧结法制备 BN/Si3N4 复相陶瓷的结构和性能[J].厦门大学学报(自然科学版),201 8,5 7(3): 31 7-322. Citation:LI Y W,TANG X Y.Structure and properties of BN/Si3N4 composite ceramics prepared with reaction sintering[J].J Xiamen Univ Nat Sci,20 1 8,5 7(3):31 7-322.(in Chinese) 天线罩是高速飞行弹头上一种集防热、透波、耐 腐蚀等多功能于一体的部件,要求材料具有低密度、 耐高温、耐腐蚀、低介电常数和介电损耗等特性.氮化 硅(Si3N4)陶瓷是一种综合性能优异的陶瓷材料,具有 高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀的特点及良好的热稳 定性[1-2],但由于其脆性大、硬度高而难以用于机械加 工,且介电常数相对较高.而氮化硼(BN)作为一种性 能优异且发展潜力巨大的新型陶瓷,具有显著的耐高 温、抗热震及较低的介电常数和介电损耗等性能[3-4]. 若将 BN 作为第二相引入 Si3N4 制备 BN/Si3N4 复相 陶瓷,不仅可以保持两者的优异特性,而且可以改善 Si3N4 陶瓷的介电性能. 近年来有关 BN/Si3N4 复相陶瓷的制备方法较 多[5-6],但由于 BN 和 Si3N4 属于强共价键化合物,即 便在高温下也很难烧结.Si 粉的直接氮化法由于反应 温度较低、成本低,可用于制备较复杂的大

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