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氮化硅和氮化硅/碳化硅是近年来被广泛研究和使用的高温结构陶瓷材料,具有耐高温、抗氧化、导热率高、抗热震性能好等优点,在铝合金熔炼行业具有广泛的应用前景。 本论文针对三种典型构件,通过成分设计和模具设计,采用冷等静压-反应烧结的方法制备了性能优异的氮化硅陶瓷和氮化硅/碳化硅陶瓷。采用三点弯曲、XRD、SEM和EDS等方法和设备对材料的微结构、相组成和力学性能进行了分析和测试,主要研究内容和结论如下: (1)研究α-SiC的添加对Si3N4/SiC陶瓷复合材料各项性能的影响。以工业硅粉和α-SiC粉为原料,6.5%的酚醛树脂为粘结剂,配成SiC含量为10%、30%、50%和70%的四组试样,经冷等静压.反应烧结制备了Si3N4/SiC陶瓷复合材料。实验结果表明:随着粉木中SiC含量的增加,材料烧结后的体积密度从2.41g/cm3下降到2.23g/cm3,显气孔率从17.6%上升到28.8%,室温抗弯曲强度分别为109MPa、92MPa、63MPa和37MPa。经50次800℃至室温空冷热震后,四组材料强度保持率分别为78%、104%、106%和89%。制备出的Si3N4/SiC陶瓷中,Si3N4主要以针状晶和等轴晶形式存在,氮化率随SiC添加量的增加而提高。 (2)研究α-Si3N4的添加对Si粉烧结产物性能的影响。以工业Si粉和α-Si3N4粉为原料,PVA为粘结剂,配成α-Si3N4含量为10%、20%、30%和40%的四组试样,采用冷等静压-反应烧结制备了氮化硅陶瓷。结果表明:随着粉末中Si3N4含量的增加,烧结后材料内部残留硅的量降低,材料体积密度从2.27g/cm3下降到2.04g/cm3,显气孔率从23%上升到33.8%,室温抗弯曲强度分别为119MPa、112MPa、146MPa和113MPa。经50次800℃至室温空冷热震后,四组材料的强度保持率分别为82%、90%、87%和88%。制备出的Si3N4陶瓷中,Si3N4主要以针状晶和等轴晶形式存在。随α-Si3N4添加量的增加,氮化率提高,氮化硅针状晶含量增加,显微结构逐渐均匀。 (3)研究三种复杂氮化硅陶瓷构件的近尺寸成型。通过对工装的改进和成型过程的有限元模拟,确定了三种典型构件的成型方案,设计了成型模具,成功实现了复杂形状的坯体的近尺寸成型。