氮化硅陶瓷添加剂和制备工艺的研究进展

随着对氮化硅陶瓷研究的不断深入,其热学性能、介电性能有了极大的改善,使之可应用在电子器件等领域。总结了制备氮化硅陶瓷材料所使用的烧结助剂,包括氧化物烧结助剂、非氧化物烧结助剂和其他烧结助剂;比较了氮化硅陶瓷材料的烧结方式,包括热压烧结、气压烧结、放电等离子烧结、无压烧结和反应烧结;论述了与氮化硅相关的复合材料的研究进展;展望了氮化硅陶瓷材料研究的发展趋势。     

二氧化锆及其复相氮化硅陶瓷

分析了二氧化锆的性质及氧空性对二氧化锆相变的影响，讨论了二氧化锆韧化氮化硅陶瓷的影响因素，提出了二氧化锆韧化氮化硅陶瓷时避免氮化锆生成、促进复相氮化硅陶瓷烧结的途径。     

熔融石英晶化抑制与烧结性能

以＜0.040 mm的熔融石英粉体为原料,以五氧化二磷、氧化钛、氧化铝、硼酸、氮化硅为添加剂,试样成型压强为50 MPa,试样经1200 ℃、1300 ℃、1400 ℃、1500 ℃分别保温1小时烧成,对烧后试样进行抗折强度、气孔率、热膨胀率、XRD、SEM的测定,研究添加剂种类与含量对熔融石英晶化与烧结性能的影响.试验结果表明:对于1300 ℃烧结后的试样,添加剂氧化铝、氮化硅的引入对熔融石英的晶化具有明显的抑制作用.引入氧化钛、氮化硅的熔融石英试样的抗折强度较高,具有较好的烧结性能.引入五氧化二磷的试样烧结程度差,该添加剂具有促进熔融石英晶化的作用.     

熔融石英晶化抑制与烧结性能

以〈0．040mm的熔融石英粉体为原料,以五氧化二磷、氧化钛、氧化铝、硼酸、氮化硅为添加剂,试样成型压强为50MPa,试样经1200℃、1300℃、1400℃、1500℃分别保温1小时烧成,对烧后试样进行抗折强度、气孔率、热膨胀率、XRD、SEM的测定,研究添加剂种类与含量对熔融石英晶化与烧结性能的影响。试验结果表明：对于1300℃烧结后的试样,添加剂氧化铝、氮化硅的引入对熔融石英的晶化具有明显的抑制作用。引入氧化钛、氮化硅的熔融石英试样的抗折强度较高,具有较好的烧结性能。引入五氧化二磷的试样烧结程度差,该添加剂具有促进熔融石英晶化的作用。     

异丁烯-马来酸酐共聚物凝胶注模成型制备多孔氮化硅陶瓷

以不同粒径的氮化硅粉为原料,采用异丁烯-马来酸酐共聚物凝胶注模成型制备多孔氮化硅陶瓷,研究不同粒径氮化硅颗粒在异丁烯-马来酸酐共聚物水溶液中的分散性及氮化硅颗粒浆料的流变性能,对烧结样品的物相、微观形貌和结构以及介电性能进行表征与分析。结果表明：粒径小于0.5μm的氮化硅颗粒在异丁烯-马来酸酐共聚物水溶液中更易团聚而沉降,氮化硅颗粒浆料的黏度、切应力比粒径为1～3μm的氮化硅颗粒浆料的大;不同粒径原料制备的氮化硅陶瓷的主晶相为α-氮化硅和β-氮化硅,样品的烧结收缩率、密度差异较小,孔隙率约为20%,抗弯强度均大于400 MPa。     

WC-Co热喷涂中温烧结涂层的显微组织和磨损性能研究

在室温干摩擦条件下，对WC—Co热喷涂中温烧结涂层／GCr15摩擦副作了滑动摩擦试验，观察分析了磨痕显微组织，并对WC—Co热喷涂中温烧结涂层的磨损机理进行了分析，结果表明：在干摩擦情况下，WC—Co热喷涂中温烧结涂层有一个比较稳定的磨损过程，WC涂层具有与GCr15相当的硬度和耐磨性．WC—Co热喷涂中温烧结涂层的磨损机理为脆性微剥落和磨粒磨损。     

氮化硅表面生长金刚石薄膜及其摩擦磨损性能研究

目的研究金刚石耐磨涂层的摩擦磨损性能,以提高工件的使用寿命.方法利用微波等离子体化学气相沉积技术在氮化硅陶瓷基体表面制备金刚石薄膜.采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪对不同参数的金刚石薄膜进行结构表征,利用球-盘式摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对薄膜的摩擦学性能进行研究.结果制备的金刚石薄膜表面粗糙度小,结合力良好;金刚石涂层有效降低了氮化硅表面的摩擦因数与磨损率,摩擦因数约为0.12~0.25.在微波功率8 k W、腔体气压6 k Pa、甲烷体积分数8%的参数下制得的涂层具有最低的摩擦因数(0.12)和磨损率(1.18×10-7mm3/(N·m)).结论在氮化硅基体表面沉积金刚石薄膜可以提高氮化硅材料的摩擦磨损性能,提高工件寿命.     

新型工业高温氮气保护烧结炉的研制

钢背—青铜—聚四氟乙烯三层复合自润滑轴承材料(下称SF材料)具有优异的减摩耐磨自润滑特性,作为滑动轴承材料在机械设备中已获得广泛应用。由于氟塑料有熔融特性,金属基与氟塑料层的复合需经高温烧结处理,而高温烧结(?)工艺方法对SF材料的理化特性和摩擦磨损性能都有重大影响。 SF材料的烧结复合,目前国内普遍采用的仍是开式烧结法。这种     

福建高岭土合成赛龙粉体的烧结性能研究

研究了由福建省高岭土合成的赛龙粉体的烧结性能，实验表明：在常压和不加任何其它添加剂的条件下，烧结温度在１７００℃获得了致密的烧结材料，β－ｓｉａｌｏｎ烧结体是由长柱状β－ｓｉａｌｏｎ晶体相互交织成网状骨架，并由石英，氮化硅，莫来石和少量β－ｓｉａｌｏｎ等轴晶粒填充到骨架空隙的复合型结构。     

二氧化锆及其复相氮化硅陶瓷

分析了二氧化锆的性质及氧空位对二氧化锆相变的影响,讨论了二氧化锆韧化氮化硅陶瓷的影响因素,提出了二氧化锆韧化氮化硅陶瓷时避免氮化锆生成、促进复相氮化硅陶瓷烧结的途径.     

Si3N4／铸铁在空气和水润滑下的摩擦学特性

在Ｍ－２００环－块磨损试验机上研究了空气、蒸馏水润滑条件下Ｓｉ３Ｎ４／灰铸铁、Ｓｉ３Ｎ４／低铬铸铁（ＤＴ）摩擦副的摩擦磨损，同时与Ｓｉ３Ｎ４／Ｔ８钢摩擦副进行对比，讨论了铸铁中石墨和碳化物对摩擦磨损的影响，结果表明：蒸溜水润滑下，Ｓｉ３Ｎ４／ＨＴ的摩擦系统非常小，Ｓｉ３Ｎ４与ＨＴ的磨损体积也最小，这是由摩擦时Ｓｉ３Ｎ４水解与形成石墨膜共同作用的；而空气润滑下，Ｓｉ３Ｎ４／ＨＴ的摩擦靡损就不具有这种     

Corrosion-wear behavior of nanocrystalline Fe88Si12 alloy in acid and alkaline solutions

The corrosion?wear behavior of a nanocrystalline Fe88Si12 alloy disc coupled with a Si3N4 ball was investigated in acid (pH 3) and alkaline (pH 9) aqueous solutions. The dry wear was also measured for reference. The average friction coefficient of Fe88Si12 alloy in the pH 9 solution was approximately 0.2, which was lower than those observed for Fe88Si12 alloy in the pH 3 solution and in the case of dry wear. The fluctuation of the friction coefficient of samples subjected to the pH 9 solution also showed similar characteristics. The wear rate in the pH 9 solution slightly increased with increasing applied load. The wear rate was approximately one order of magnitude less than that in the pH 3 solution and was far lower than that in the case of dry wear, especially at high applied load. The wear traces of Fe88Si12 alloy under dif-ferent wear conditions were examined and analyzed by scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. The results indicated that the tribo-chemical reactions that involve oxidation of the worn surface and hydrolysis of the Si3N4 ball in the acid solution were restricted in the pH 9 aqueous solution. Thus, water lubrication can effectively improve the wear resistance of nanocrystalline Fe88Si12 alloy in the pH 9 aqueous solution.     

蒸馏水润滑下Si3N4—白口铸铁摩擦面上表面膜的分析

在环－块磨损试验机上考察了蒸馏水润滑下Ｓｉ３Ｎ４分别与白口铸铁和碳钢（作对比用）配副的摩擦磨损特性．在ＳＥＭ下观察了白口铸铁磨面表面膜的形成过程，用ＸＰＳ、ＦＴＩＲ和ＸＲＤ分析了表面膜的成分、组成与结构，并对其形成机理进行了探讨．结果表明，Ｓｉ３Ｎ４在水润滑下摩擦时磨面上发生了氧化和水解反应：当Ｓｉ３Ｎ４与白口铸铁配副时，由于铸铁中碳化物的剥落而形成剥落坑，Ｓｉ３Ｎ４磨屑嵌入剥落坑并氧化和水解，其反应产物富集于剥落坑中，脱水聚合后形成硅胶，从而在磨面形成具有一定厚度和面积的含硅胶的表面膜，表面膜的形成保护了陶瓷和铸铁磨面，使其变得很光滑，从而使摩擦系数降至０．０２，并使系统磨损率几乎接近于零；当Ｓｉ３Ｎ４与碳纲配副时，由于碳钢没有能力富集Ｓｉ３Ｎ４的氧化和水解产物，故磨面不能形成有效的表面膜，所以其摩擦系数仍然较高，且系统磨损率亦较大     

电沉积Ni—P—Si3N4复合镀层的摩擦学特性

通过摩擦磨损试验、Ｘ射线衍射分析和电子探针分析等，研究电沉积Ｎｉ－Ｐ－Ｓｉ３Ｎ４复合镀层的摩擦磨损机理及其与结构和力学特性的关系。结果表明，在干摩擦条件下，复合镀层中的Ｓｉ３Ｎ４微粒能有效降低摩擦副之间的粘着脱落和犁沟效应；在油润滑条件下，复合镀层中Ｓｉ３Ｎ４微粒起到支承载荷作用，同时有利于边界润滑膜的形成，避免粘着磨损，复合镀层中Ｓｉ３Ｎ４微粒共析量的增加是提高复合镀层耐磨性的重要因素。     

氮化硅陶瓷-金属摩擦副摩擦学性能研究

用环块磨损试验机，在石蜡基础油及石蜡基础油加０．５％ＺＤＤＰ添加剂的润 滑条件下，对Ｓｉ３ｎＮ４陶瓷－金属摩擦副进行了磨擦磨损试验。用 Ｘ射线光电子能谱 （ＸＰＳ），俄歇电子光谱（ＡＥＳ）和Ｘ射线能谱分析（ＥＤＡＸ）等表面分析技术对摩 擦表面进行了分析，结果表明Ｓｉ３Ｎ４陶瓷－金属摩擦副具有优异的摩擦学特性；在基础 油中加入 ＺＤＤＰ添加剂作为润滑剂后，对增加磨损抗力有明显的效果。这一现象是与 在摩擦表面上形成含Ｓ，Ｐ和Ｚｎ的表面反应膜有关。     

PTFE纤维织物复合材料衬垫的高速摆动摩擦特性

利用自制的摩擦磨损试验机,研究了聚四氟乙烯纤维织物复合材料衬垫的高速摆动摩擦磨损性能,考察了摆动频率和摆动角度对聚四氟乙烯纤维织物复合材料衬垫高速摆动摩擦特性的影响。试验结果表明:在平均线速度相等条件下,摩擦因数随摆动频率的增大而增大,随摆角的增大而减小;在相同平均线速度下,频率高时的摩擦温度和磨损量更高。本试验条件下,PTFE纤维织物复合材料衬垫的磨损机制主要为疲劳引起的片状脱落。     

Enhancement of tribological properties in siliconized graphite via hierarchically hybrid SiC/C composite

This study aims to investigate tribological properties in a siliconized graphite(СГ-П-0.5) and hierarchically hybrid Si C/C composites at the load ranging from 10-40 N under dry air/water lubrication conditions. A feasible liquid silicon infiltration(LSI) was used to fabricate the Si C/C composites. Morphology and phase identification of two materials were characterized and analyzed by scanning electron microscope(SEM) and energy dispersive spectrometer(EDS). An image feature extraction was used to post-process the data of wear test, further to gain the wear properties of the samples. The results demonstrated that a lower coefficient of friction(COF) and wear rate can be achieved in the LSI Si C composites than that in the sample of СГ-П-0.5. Both COF decreased under waterlubricated conditions, compared with that under the dry air lubrication. The excellent tribological properties in two materials can be due mainly to the microstructure of the СГ-П-0.5 sample, showing much more graphite and Si dispersed on the matrix. The СГ-П-0.5 sample indicated the typical oxidative wear mechanism, whereas, the sample of LSI Si C demonstrated the combined oxidative and fatigue wear. This finding can provide a promising new siliconized graphite materials for ceramic rolling bearings.     

成型工艺对树脂基摩擦材料及其摩擦学性能的影响

以碳纤维2.5D浅交弯联结构为预制体,分别采用树脂传递成型工艺(RTM)和热压成型工艺(HPM)制备了碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料.通过MS-T3001摩擦磨损试验机考核了材料的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜、激光三维形貌扫描仪观测了材料的磨损形貌,对比分析了两种成型工艺对材料摩擦学性能的影响.结果表明:随着滑动速度和工作载荷的增大,材料的摩擦系数均减小.热压成型工艺成型摩擦材料的主要磨损形式为磨粒磨损,摩擦系数0.085~0.130,磨损率1.5×10-8 g·N-1·m-1.树脂传递成型工艺成型摩擦材料的主要磨损形式为黏着磨损和疲劳磨损,摩擦系数0.075~0.120,磨损率7.5×10-8 g·N-1·m-1.     

离心铸造高铅锡青铜合金摩擦磨损性能研究

采用离心铸造方法制备了高铅锡青铜(ZCu Pb22Sn1.5)合金,研究了载荷和摩擦速度对其摩擦磨损性能的影响及摩擦磨损机理.研究发现:在0.05 m/s摩擦速度下,随着载荷的增加,高铅锡青铜合金摩擦系数减小,磨损率增加,当载荷增加到120 N后,摩擦系数趋于稳定;在100 N载荷下,随着摩擦速度的增加,摩擦系数逐渐减小,磨损率增加,摩擦速度增加到0.10 m/s以后,摩擦系数迅速减小,到0.20 m/s以后摩擦系数趋于稳定;当继续增加载荷和摩擦速度时,由于铅润滑膜的破坏而增加了磨损率.在摩擦磨损过程中容易在摩擦表面形成软质铅润滑膜从而起到耐磨作用.     

钨含量对铜基摩擦材料性能的影响

为了探究钨含量对制动用铜基摩擦材料性能的影响,采用热压烧结工艺制备了不同钨含量的铜基摩擦材料,对其物理性能、力学性能和摩擦磨损性能进行了测试。研究表明,铜基摩擦材料的密度随着钨含量的增加而增大,而剪切强度和硬度先增大后减小。钨提高了材料磨损表面微凸体接触的结点强度,从而提高了材料的摩擦因数。适量的钨可以有效地减少磨损表面剥离,有助于在磨损表面形成连续完整的摩擦膜,从而稳定摩擦因数,减小磨损质量。当钨含量过高时,在高温摩擦过程中会产生严重的犁沟或微裂纹,导致摩擦因数剧烈波动和磨损质量增大。钨的质量分数为3%时,铜基摩擦材料在不同温度和压力下具有较为稳定的摩擦因数和较小的磨损质量。