极端服役温度对增材制造氮化硅微观组织和强度的影响

滕家琛; 李乔磊; 肖亮; 岳新艳; 邱宇翔; 周璇; 朱福林; 许滔; 曾小锋; 梁静静; 周亦胄; 李金国

航空材料学报 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (1) : 109 -120.

滕家琛, 李乔磊, 肖亮, 岳新艳, 邱宇翔, 周璇, 朱福林, 许滔, 曾小锋, 梁静静, 周亦胄, 李金国

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摘要

增材制造技术可为氮化硅陶瓷复杂结构制备提供新工艺。本工作研究增材制造氮化硅在1200～1500?℃含氧气氛下连续热暴露24 h后的微观组织和抗弯强度演化规律。采用SEM、XRD、EBSD和EPMA表征形貌、相组成和元素分布。结果表明：随着热暴露温度升高，氮化硅发生α→β相转变，β-Si3N4相转变率由63.02%（体积分数，下同）增加至74.15%；晶粒尺寸同步增大，由1200℃时的1.33?μm增至1500℃的1.97?μm。抗弯强度随热暴露温度升高，呈先升后降趋势，在1200℃时达到峰值，为722.67 MPa,1500℃时最低，为242.67 MPa，较未热暴露时下降约66.00%。晶粒长大及热暴露过程中产生的孔隙、裂纹是造成氮化硅强度降低的主要原因。此外，高温氧化反应会生成强度较低的二氧化硅，同时引入尺寸误差，进一步削弱增材制造氮化硅的力学性能，导致抗弯强度在高温区间随热暴露温度升高明显降低。