氮化硅基陶瓷材料微波烧结参数实验优化

摘要

微波烧结技术已被广泛应用于陶瓷材料的制备中，然而微波烧结的氮化硅基陶瓷材料存在性能一致性差、升温过程功率波动大等问题。为此，通过仿真比较了微波烧结腔有无负载、不同试样放置方式下电场和温度场的分布特性，分析了微波功率对电场和温度场分布的影响规律，提出了微波烧结功率选择原则，通过实验研究比较了各温度段升温速率及匹配功率对陶瓷力学性能的影响。结果表明：微波场中添加负载、试样紧密排列有助于提高电场均匀性，在0～800℃、800～1400℃、1400～1650℃温度段分别选择升温速率80℃/min、50℃/min和25℃/min,各温度段匹配的功率分别选择1600 W、1800 W和2200 W,可获得力学性能最佳的氮化硅基陶瓷材料，其维氏硬度达（18.278±0.233）GPa,断裂韧度达（8.588±0.165）MPa·m^1/2,与匀速升温工艺相比，材料硬度提高14.8%,韧度提高22.5%,且该调控策略能有效提高陶瓷材料力学性能的一致性。

关键词

氮化硅基陶瓷 / 微波烧结 / 调控策略 / 微波功率