导　　师： 吴建青

学科专业： H0502

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 氮化硅陶瓷材料具有高强度、耐磨、耐热、耐热冲击和有自润滑性等特点，是优良的高温结构材料。纯的氮化硅陶瓷(如CVD氮化硅陶瓷)具有卓越的抗氧化性能，完全能满足高温结构材料的需要。 　　本试验采用一种新的表面改性方法—阳离子萃取法来改善氮化硅陶瓷的高温抗氧化性能。其基本操作步骤是：先让氮化硅在高温下氧气气氛中保温适当时间，使其表面形成适当厚度的氧化层，我们将这一步称为预氧化；然后在适当的温度和氩气气氛下保温，使得大量的助烧阳离子和杂质阳离子由晶界充分的向该氧化层扩散，我们将这一步称为萃取；待其充分扩散后，将氮化硅样品置于HF酸溶液中，去掉该表面氧化层，相当于利用该氧化层作为萃取介质进行烧结助剂离子的萃取。采用正交法分析了萃取工艺对氮化硅抗氧化性的影响，研究表明阳离子萃取的温度和时间是影响提高抗氧化效果的主要的因素，并且保温时间较之温度对萃取效果的影响更为显著。 　　本文对氧化层的显微结构、成分和物相、形成过程等进行了分析。阳离子浓度和扩散速度是含烧结助剂氮化硅陶瓷氧化速率的控制因素，经阳离子萃取和晶化处理后所形成的氧化层中阳离子的含量明显降低，说明由晶界扩散到氧化层中的阳离子减少，所以能明显降低氮化硅陶瓷的氧化速率。 　　本文利用热力学计算的方法，分析了氮化硅材料在高温下发生氧化反应的可能性以及在氧化过程中的氧化反应方式。应用动力学方面的知识得到了阳离子萃取前后氮化硅的氧化活化能，结果表明，没有进行阳离子萃取处理前氧化活化能为67KJ.MOL-1，经1000℃的AR气氛中萃取4H后氧化活化能为119KJ.MOL-1。 　　研究表明，阳离子萃取法能提高氮化硅陶瓷的氧化活化能，从而降低氮化硅陶瓷高温下的氧化速率，而且该方法简单易行，适应性广，在提高氮化硅陶瓷高温抗氧化性能方面有很好的应用前景。

关 键 词： 阳离子萃取 氮化硅陶瓷 抗氧化性能 高温结构材料 显微结构 烧结助剂 陶瓷材料 氧化活化能 高温陶瓷

分 类 号： [TQ174 TQ174.758.1]

领　　域： [化学工程] [化学工程] [化学工程] [化学工程]