烧结助剂粒径对多孔氮化硅陶瓷组织及性能的影响

摘要

针对透波材料对低密度高强度多孔氮化硅陶瓷的需求，研究采用不同粒径Y₂O₃为烧结助剂制备多孔氮化硅陶瓷，分析材料的气孔率、微观形貌和力学性能。随着烧结助剂Y₂O₃粒径从100nm下降到20nm，多孔氮化硅陶瓷的生坯密度、线性收缩率和气孔率变化不大，气孔率介于54%～56%之间。XRD图谱分析表明烧结体均已完成α→β相转变。组织分析表明小粒径Y₂O₃的样品中玻璃相分布均匀，在相转变过程中晶核形核率高，材料中的β-Si₃N₄晶粒细小，随着烧结助剂粒径的降低，β-Si3N4晶粒的平均直径DL和中位直径D50分别从2.53μm、2.76μm降低到了1.50μm、1.66μm，气孔尺寸相应减小。通过细晶强化和小气孔降低应力集中，材料强度得到提高，多孔氮化硅陶瓷的弯曲强度从82.3MPa提高到135.4 MPa，介电常数介于2.85～3.08。

关键词

烧结助剂粒径 / 多孔氮化硅 / 细晶强化